[發明專利]光驅動機器人及驅動機器人的方法

有效

• 申請號: 200910053151.2
• 申請日: 2009-06-16
• 公開（公告）號: CN101574807A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 俞燕蕾;程伏濤;尹若元;章園園
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B25J18/00
• 分類號: B25J18/00;B25J17/00;B25J17/02;B25J15/08;B25J19/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 翟 羽;何興元

技術領域

本發明涉及材料以及機器人技術領域，特別涉及一種利用光直接驅動的機器 人以及驅動機器人的方法。

背景技術

在人們的社會生產及生活中，很多場合是不適合人靠近的，比如一些危險 的工作環境等，這時候如果能有一種可以遠程控制的機器人，那將會非常的方 便。現在的許多的領域，如微外科手術，微細加工等都迫切需要一種微小型機 器人。因為它們體積小，可以很方便地完成一些人工很難完成的動作。傳統的 微型機器人是采用伺服電機作為驅動器，通過傳動機構將伺服電機的運動傳遞 到機器人的末端。這就需要機器人具有電機、齒輪、傳送帶等很多相關設備， 嚴重制約著機器人的小型化，并且電機、齒輪的介入使機器人的操縱系統更加 復雜。近年來有不少報道利用形狀記憶合金和壓電陶瓷作為驅動器的機器人， 例如日本科學家成功地將形狀記憶合金應用于小型的手爪結構中，但是形狀記 憶合金很容易受溫度的變化和和工作介質的不同的影響，而且響應速度也很難 達到實際使用的要求。壓電陶瓷響應快，產生的力也比較大，但是它作為驅動 器仍然有技術瓶頸，主要是所要求的電場電壓較高，能耗較大而且危險性較高， 電場下的驅動器的位移量較小，很難進行實際使用。近年來，還有一些科研人 員利用磁場來控制機器人的運動，這是個很有發展潛力的研究方向，因為磁場 的控制功能受環境影響較小，并且能耗小，危險系數低，并且可以非接觸控制， 但是這個領域的研究還只處于起步階段，并且磁場的控制性不是很好，需要很 龐大的控制體系才能夠操縱機器人復雜的動作，給操作體系帶來了很大的困難。

眾所周知，光具有快速、準確、清潔環保，儲量豐富等一系列優異的性能， 它是最好的遠程控制方式，如果不需要任何其他傳動措施能用光直接控制機器 人將具有劃時代的意義，這也是人類多年的夢想。據發明人所知，世界各國的 科學家們在這一領域投入了不少的精力，但很遺憾的是這一領域仍是空白。2003 年，復旦大學俞燕蕾教授和東京工業大學池田富樹教授合作研制出了光致彎曲 液晶高分子材料，該材料在紫外光的照射下在短時間內能夠產生三維的彎曲形 變，在可見光或是熱的作用下形變又能夠回復，整個過程重復進行，材料本身 卻不出現疲勞。光致彎曲材料的問世給光控機器人這一領域帶來一絲希望。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種利用光照射即可實現運動的機器人，該機 器人可應用于空間狹小、無法供電、強磁場等苛刻領域，克服了某些環境下無 法應用機器人實施工作的缺陷。其采用的技術方案如下所述。

一種光驅動機器人，至少包含底座，其中，該底座上設有手臂，該手臂上 設有至少一個可產生形變的單元，所述單元內起形變作用的部件由光致形變材 料制成。

其中，所述單元包括移動單元、轉動單元、抓取單元，所述移動單元和轉 動單元通過固定關節連接，所述轉動單元和抓取單元通過韌性關節連接。

其中，所述的移動單元由三層構成，上下層的材料分別由光致形變材料構 成，中間層的材料由柔性高分子材料構成，層與層之間通過粘結劑粘結。

其中，所述的轉動單元由兩層構成，下層的材料由光致形變材料構成，上 層的材料由柔性高分子材料構成，層與層之間通過粘結劑粘結。

其中，所述的固定關節由高分子材料、金屬、陶瓷或它們的復合材料制成， 優選金屬材料，更優選鋁制材料。

其中，所述的抓取單元由兩層構成，上層的材料由光致形變材料構成，下 層的材料由柔性高分子材料構成，層與層之間通過粘結劑粘結，所述的抓取單 元的形狀為半圓形，所述上層的兩端分別設有鉤形抓取結構。

其中，所述的韌性關節由高分子材料制成，優選為單向拉伸聚乙烯、雙向 拉伸聚丙烯中的一種。

其中，所述的柔性高分子材料優選為聚乙烯、聚丙烯、天然橡膠中的一種， 或者有它們構成的復合高分子材料，優選聚乙烯材料。

其中，所述的粘結劑選自聚丙烯酸酯類粘結劑、聚氨酯類粘結劑、環氧樹 脂類粘結劑、橡膠類粘結劑中的一種，優選為環氧樹脂類粘結劑。

本發明的另一目的在于提供一種驅動機器人的方法，其采用的技術方案如 下所述。

一種利用光驅動機器人的方法是利用光照射機器人的單元上的光致形變材 料使該單元發生形變從而控制機器人的動作。

其中，所述的單元包括移動單元、轉動單元、抓取單元，所述移動單元和 轉動單元通過固定關節連接，所述轉動單元和抓取單元通過韌性關節連接。