[发明专利]一种光驱动仿生章鱼软体水下机器人

说明书

本发明提供了一种光驱动仿生章鱼软体水下机器人，包括动力系统和控制系统，所述动力系统包括仿生腕足，所述仿生腕足包括至少三个依次连接的腕足单元，每个腕足单元包括圆柱状硅弹性体，每个腕足单元内设置有至少三个动力管，所述动力管为光响应材料制成的圆柱形空腔。本发明可实现任意方向或角度的弯曲与变形，灵活性高，操作空间大。

技术领域

本发明涉及海洋装备设计与制造的技术领域，更具体地，涉及一种光驱动仿生章鱼软体水下机器人。

背景技术

目前，利用光-热特性液晶凝胶(LCG)可以制造水下机器人。液晶聚合物(LCE)、液晶弹性体(LCN)等经过液晶小分子(LC)溶胀处理后合成对光刺激更敏感的新型光热材料LCG，在接受光线照射时会将光能转化为热，从而引起材料温度的微小变化，进而激发相变使材料发生弯曲变形；将LCG制成条状并置于水中；用紫外光或激光以特定斩光频率照射仿生海参，可使其实现无脊椎动物所共有的多种水下运动模式，如爬行、行走、跳跃或游泳。然而，目前的光驱动体系过于简单，基本不具备执行任务的能力，距离实际应用尚有很大距离。

因此，现有技术中亟需一种变形程度大、灵活性高的特点，可自由穿梭于狭小空间的水下机器人。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种光驱动仿生章鱼软体水下机器人。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：

一种光驱动仿生章鱼软体水下机器人，动力系统和控制系统，所述动力系统包括仿生腕足，所述仿生腕足包括至少三个依次连接的腕足单元，每个腕足单元包括圆柱状硅弹性体，每个腕足单元内设置有至少三个动力管，所述动力管为光响应材料制成的圆柱形空腔，所述动力管的内部沿轴向设置有遮光柔性膜，所述动力管内填充有非饱和汞蒸气，所述动力管上还设置有温度传感器，每个腕足单元的两端设置有电极组；所述控制系统包括上位机、下位机、PWM脉冲输出系统和远程控制器，所述上位机与所述下位机信号连接，所述下位机与所述温度传感器信号连接，所述下位机与所述PWM脉冲输出系统连接，所述远程控制器与所述上位机信号连接。

光响应材料为光热特性液晶凝胶LCG-70。

所述远程控制器与所述上位机通过声信号连接，所述远程控制器设置在水面上。

所述遮光柔性膜为橡皮膜。

所述温度传感器为DS18B20传感器。

所述动力管的数量为三个。

所述腕足单元的数量为四个。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1.机器人由柔性材料构成，因而在一定范围内有无限多的自由度，可实现任意方向或角度的弯曲与变形，灵活性高，操作空间大，应用范围较刚性机器人更加广泛；

2.动力采用基于光响应材料的光驱动技术，仅需很少的光照即可操纵机器人，从而显著降低能耗水平。而这意味着更长的水下工作时间以及更强的续航能力；

3.以光照作为驱动，省去了庞杂的供电、感应及制动系统，从而极大地简化了机构。加之柔性材料密度远低于刚性机器人常用的金属材料，机体更轻，故具有更强的机动性；

4.仿生腕足采用多个重复单元组合的设计方式，每个单元在工作上相互独立。该设计实现了不同单元动作的多样组合，从而实现十分复杂的动作。

附图说明

图1是腕足单元的结构示意图。

图2是仿生腕足的结构示意图。

图3是动力管的结构示意图。

图4是控制系统的控制路径的示意图。

图5是控制系统的通信链路的示意图。