[发明专利]基于柔性驱动器的仿生蚯蚓软体机器人

说明书

本发明涉及一种软体机器人。目的是提供一种基于柔性驱动器的仿生蚯蚓软体机器人，该机器人应能通过不同相角电压刺激方向实现不同形变姿态的连续运动，具有体积较小、可在较小环境中应用的特点。技术方案是基于柔性驱动器的仿生蚯蚓软体机器人，其特征在于：该机器人包括串联相接的至少三个软体驱动关节，每个软体驱动关节包括三个片状柔性离子型驱动器、同时与三个柔性离子型驱动器两端连接的两个薄片以及连接在每个柔性离子型驱动器的一端与薄片之间的导电电极；所述三个柔性离子型驱动器垂直于所述薄片布置且分别通过导线接通所述的驱动控制器；所述薄片的周边还设置有利于机器人匍匐前进的单向摩擦面。

技术领域

本发明涉及一种软体机器人，具体涉及基于柔性离子型驱动器的仿生蚯蚓软体机器人。

背景技术

软体机器人因其变刚度软物质材料实现的连续形变，驱动执行一体化，工作静音，安全人机交互与环境交互等特点，得到广泛关注。受自然界中蚯蚓利用其环节状肌肉驱动实现位移与不同姿态的启发，已有仿蚯蚓的软体机器人推出。中国专利申请CN108891496B公开的一种气动仿蚯蚓软体机器人，包括至少三节依次粘接的单节结构，所述单节结构包括轴向驱动器、套在轴向驱动器上的弹性外腔和气管；所述轴向驱动器为圆柱多腔体结构，圆柱体外部为波纹结构，每个波纹内部设置有空腔且各空腔之间通过气路相连，所述弹性外腔为椭球形腔体结构，轴向驱动器和弹性外腔之间设置气管。该软体机器人通过气体驱动，不仅可实现平面爬行也可以实现管道等狭小空间内爬行；中国专利申请CN114918909A公开一种仿蚯蚓蠕动软体机器人，包括头部部件、尾部部件和躯干部件；所述头部部件包括外壳和弹性囊体；所述躯干部件为四根纤维增强软体管堆叠形成的致动器；所述尾部部件包括外壳和弹性囊体：所述头部部件和尾部部件通过各自的外壳分别与躯干部件连接。每个纤维增强软体管和弹性囊体上连通有一个气孔，可独立控制。通过弹性囊体在高压状态与低压状态之间切换来改变头部部件和尾部部件与地面之间的摩擦力。以上仿蚯蚓软体机器人的共同缺陷，是体积较大且采用气动源，无法在较小环境中应用。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种基于柔性驱动器的仿生蚯蚓软体机器人，该机器人应能通过不同相角电压刺激方向实现不同形变姿态的连续运动，具有体积较小、可在较小环境中应用的特点。

本发明的技术方案是：

基于柔性驱动器的仿生蚯蚓软体机器人，包括连接着电源的驱动控制器；其特征在于：该机器人包括串联相接的至少三个软体驱动关节，每个软体驱动关节包括三个片状柔性离子型驱动器、同时与三个柔性离子型驱动器两端连接的两个薄片以及连接在每个柔性离子型驱动器的一端与薄片之间的导电电极；所述三个柔性离子型驱动器垂直于所述薄片布置且分别通过导线接通所述的驱动控制器；所述薄片的周边还设置有利于机器人匍匐前进的单向摩擦面。

三个柔性离子型驱动器中，两两相邻的柔性离子型驱动器平面之间的夹角为锐角。

所述单向摩擦面由多个伸展方向一致的毛刺组成，所述伸展方向背向着该机器人的前进方向。

所述毛刺的伸展方向与该机器人的前进方向轴线的夹角小于50度。

每个柔性离子型驱动器由中间层以及连接在中间层两个表面的PEDOT:PSS电极层构成,每个导电电极包括两个相互绝缘的电极并且这两个电极分别与两个电极层连接以接通不同的电压；所述中间层是由羧基化纤维素纳米晶须、离子液体EMT以及石墨烯组成的人工肌肉；具有强度大的力学性能，测试中的杨氏模量可达65Mpa。

所述锐角的角度为60度。

所述薄片为薄玻璃纤维圆片。

所述驱动控制器包含STM32单片机、5V稳压电源、稳压模块、功率放大模块以及控制开关。