[发明专利]可驱动软体机器人及其制备方法、形状感知方法及系统

权利要求书

1.一种可驱动软体机器人，其特征在于，包括：

可驱动软管，为混合有磁性材料的柔性聚合物制备而成的均匀连续结构；

形状感知模块，包括穿透所述可驱动软管的N根单模传感光纤，N根单模传感光纤构成正N棱柱，正N棱柱的中心轴与可驱动软管的中心轴重叠，所述单模传感光纤用于接收光纤中光信号传播过程中的瑞利后向散射波段，N≥3。

2.如权利要求1所述的可驱动软体机器人，其特征在于，所述柔性聚合物包括PDMS、TPU、SEBS、Ecoflex中的任一种，所述磁性材料包括磁性颗粒钕铁硼粉末或四氧化三铁粉末。

3.如权利要求1所述的可驱动软体机器人，其特征在于，还包括：

功能性外壳模块，包覆于所述可驱动软管外表面，所述功能性外壳模块的材料包括丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮中的任一种。

4.如权利要求1所述的可驱动软体机器人，其特征在于，还包括：

磁控设备，用于控制所述可驱动软管各部分的自由运动。

5.一种可驱动软体机器人制备方法，其特征在于，包括：

将磁性材料和柔性聚合物混合，形成混合材料；

将所述混合材料倒入模具，制备可驱动软管，所述可驱动软管中预留有N个光纤输入孔；

对可驱动软管置于磁场中进行磁化；

将N根单模传感光纤分别嵌入对应的光纤输入孔，得到可驱动软体机器人，其中，N根单模传感光纤构成正N棱柱，正N棱柱的中心轴与可驱动软管的中心轴重叠，所述单模传感光纤用于接收光纤中光信号传播过程中的瑞利后向散射波段，N≥3。

6.一种可驱动软体机器人的形状感知方法，其特征在于，包括：

将可驱动软体机器人的一端作为固定端固定，另一端作为自由端送进目标对象内，所述可驱动软体机器人为权利要求1至3中任一项所述的可驱动软体机器人；

建立空间坐标系，记录固定端的初始坐标，利用形态感知模块重构出进入目标对象后可驱动软体机器人各横截面中心点的初始坐标；

通过外部磁场控制可驱动软体机器人各部分扭动以使可驱动软体机器人发生形变；

利用形态感知模块重构出形变期间可驱动软体机器人各横截面中心点的当前坐标，获得可驱动软体机器人的当前整体形状。

7.如权利要求6所述的可驱动软体机器人的形状感知方法，其特征在于，利用形态感知模块重构出可驱动软体机器人各横截面中心点的坐标，包括

获取每根单模传感光纤的波长漂移信息；

根据波长漂移信息与可驱动软管的材料之间的应变耦合传递系统映射关系，计算在可驱动软管各横截面s上的第i根单模传感光纤的应变信息ε_i(s)；

获取每根单模传感光纤的分布信息，所述分布信息包括第i根单模传感光纤与可驱动软管中心轴之间的距离r_i，以及可驱动软管横截面中第1根单模传感光纤与第i根单模传感光纤之间的夹角

根据每根单模传感光纤的应变信息和每根单模传感光纤的分布信息，计算可驱动软管各横截面s的曲率k(s)和挠率τ(s)；

根据曲率k(s)和挠率τ(s)计算出各横截面s的中心坐标γ(s)。

8.如权利要求7所述的可驱动软体机器人的形状感知方法，其特征在于，计算可驱动软管各横截面s的曲率k(s)和挠率τ(s)，包括：

构建应变信息ε_i(s)与曲率k(s)、挠率τ(s)的第一关系式：其中，θ₁(s)表示在横截面s上的任一根单模传感光纤与中心轴的连接线与曲率方向的夹角；

将第一关系式变形为记为矩阵ε(s)＝Mψ(s)；

计算横截面s的曲率k(s)和挠率τ(s)，其中，θ₁(s)＝arctan(ψ₂(s),ψ₁(s))，ψ₁(s)＝cos(θ₁(s))，ψ₂(s)＝sin(θ₁(s))。