[发明专利]一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人

权利要求书

1.一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人，所述软体机器人由驱动单元、软体躯干以及摩擦腹足组成，驱动单元由两个伸缩驱动单元和两个转向驱动单元组成，每个驱动单元都可以进行独立控制，可以根据需要而增加或删减驱动单元，具有较强的可拓展性和环境适应能力，软体躯干由前后两个伸缩躯干和上下两个转向躯干组成，每个伸缩躯干下面设有两对摩擦腹足，摩擦腹足通过弹簧与伸缩躯干连接，其特征在于，驱动单元由前部伸缩驱动单元、后部伸缩驱动单元、上部转向驱动单元、下部转向驱动单元组成，驱动单元通过在聚合物螺旋卷绕型人工肌肉上均匀缠绕细铜丝并进行初始预拉伸制备而成；软体躯干由前部伸缩躯干、后部伸缩躯干、上部转向躯干和下部转向躯干组成，伸缩躯干采用平行四边形结构，转向躯干采用波纹管结构设计；伸缩驱动单元通过导电凝胶与伸缩躯干连接固定，转向驱动单元通过导电凝胶与波纹管结构的转向躯干连接固定；利用聚合物螺旋卷绕型人工肌肉的各向异性在通电时产生收缩动作，断电时恢复原长的特性，同时结合聚合物材料的弹性特征，通过控制伸缩驱动单元和转向驱动单元的通断电来实现软体爬行机器人不同类型的运动。

2.如权利要求1所述的一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人，其特征在于，软体躯干分为平行四边形结构的伸缩躯干和波纹管结构的转向躯干，首先利用由3D打印机打印出模具，再利用Ecoflex00-20A、Ecoflex00-20B的硅胶以质量比为1:1的比例混合浇筑入3D模型中，伸缩躯干与转向躯干一体成型，最后利用脱模剂将成型好的软体躯干取出。

3.如权利要求1所述的一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人，其特征在于，所述聚合物螺旋卷绕型人工肌肉，是采用通用的加捻方式，将直径d＝0.13mm的尼龙6,6单丝在26MPa负载下加捻，得到弹簧指数为0.98，捻度为1656turns/m的聚合物螺旋卷绕型人工肌肉。

4.如权利要求1所述的一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人，其特征在于，伸缩驱动单元和转向驱动单元由直径为0.04mm的铜丝作为导电材料均匀缠绕至聚合物螺旋卷绕型人工肌肉并利用拉伸仪拉伸至原长的6％得到。

5.如权利要求1所述的一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人，其特征在于，前部伸缩驱动单元的前端和后端通过导电凝胶与前部伸缩躯干的中心孔内壁粘接，后部伸缩驱动单元的前端和后端通过导电凝胶与后部伸缩躯干的中心孔内壁粘接。

6.如权利要求1所述的一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人，其特征在于，两个转向驱动单元的前后两端分别通过导电凝胶与波纹管状的上部转向躯干和下部转向躯干内壁的前后两端粘接；上部转向躯干和下部转向躯干分别位于四边形结构的伸缩躯干的两侧；上部转向躯干和下部转向躯干的前端与前部伸缩躯干连接，上部转向躯干和下部转向躯干的后端与后部伸缩躯干连接。

7.如权利要求1所述的一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人，其特征在于，前述摩擦腹足与地面的接触面设计成一半球形，一半方形，球形界面与地面摩擦较小，方形界面与地面摩擦较大。

8.如权利要求1所述的一种螺旋卷绕型聚合物人工肌肉的软体机器人，其特征在于，前、后部伸缩驱动单元以及上、下部转向驱动单元的铜丝与电源连接。