[發明專利]基于IPMC驅動的三自由度仿生眼

有效

• 申請號: 201310077130.0
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103143176A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 陳花玲;王延杰;王永泉;朱子才;常龍飛;劉磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A63H3/40
• 分類號: A63H3/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種智能材料的應用，具體涉及一種采用智能材料IPMC（離子聚合物-金屬復合材料）驅動的視覺仿生器件。

背景技術

通過模擬生物眼來構建人工視覺系統，使其具有類似于生物眼睛的特征或功能，稱之為仿生眼。目前，仿生眼在醫療、機器人、電子檢測等領域都具有重要應用。

到目前為止，關于仿生眼的研究已引起了國內外學者的關注，申請號為200720106951.2和200810060006.2的專利文獻公開了有關仿生眼的研究成果，通過并聯氣動技術采用六個人工肌肉代替人類眼睛三對肌肉的結構來模擬人類眼睛的運動形態。申請號為201010126955.3和201210075047.5的專利文獻提出一種三自由度并聯機構來模擬人眼的運動方式，通過三個電機帶動絲桿螺母，控制動平臺的姿態，以確定眼睛的姿態。雖然上述結構在一定的程度上實現了人眼的功能，但都存在結構復雜，體積較大，運動方式單一等缺點，廣泛應用存在一定困難。

新型智能材料—IPMC的出現，為仿生眼的設計提供了一種全新思路。這種材料具有傳感-致動的雙向機電轉換功能，兼具質量輕、柔韌性好、反應迅速，施加1-3V的電壓能產生大的彎曲變形等特點，作為驅動器已應用于動物腳掌、人體手臂，仿生魚等仿生領域。申請號為201110009203.3的專利文獻通過作為驅動結構，提出了兩種仿生眼球：一種是采用IPMC結構驅動一體化的一維擺動仿生眼球；另一種是彈簧支撐的能夠實現上下左右二維運動的仿生眼球。然而這兩種仿生眼球過于簡單，實現的運動單一，且不能長時間在空氣中使用，未能完全體現IPMC材料的優勢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用片狀2D（二維）-IPMC驅動器作為底部驅動結構，利用柱狀3D（三維）-IPMC驅動器作為眼球驅動結構，經過封裝制成的仿生眼。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種基于IPMC驅動的三自由度仿生眼，其特征在于，包括基座，該基座上表面設有一個往下凹進的腔體，該腔體底面上至少布置三個引伸至基座外側面的平面對電極，每個對電極都與一個2D-IPMC驅動器片的引出對電極連接，該多個2D-IPMC驅動器片的自由端在腔體底面上規則排列；一個尺寸稍小于腔體、形狀與腔體相同的底板的下表面固定在所述多個2D-IPMC驅動器片自由端上，該底板的中心設有孔，通過孔內壁設置的至少兩個孔對電極連接一個柱狀3D-IPMC驅動器的引出對電極端，該柱狀3D-IPMC驅動器的另一端與一個半圓形眼球相連，該半圓形眼球外設置有一個與眼球同軸的球冠保護殼。

上述方案中，所述基座由方形的基板與固定架通過四角的連接孔連接而成，所述固定架為一框架，其內腔與基板上表面構成向上開放的腔體，腔體底面，也即基板和固定架之間的連接面上預先貼有四個平面對電極，每個平面對電極均處于固定架邊框靠近連接孔的位置，并貫通邊框內外；每個平面對電極均連接一個2D-IPMC驅動器片的引出對電極，該2D-IPMC驅動器片的自由端伸進腔體內，與其連接電極的邊框保持垂直，與相鄰邊框保持平行。

所述底板為正方形板結構，底板下面各邊邊緣處開有相互貫通的驅動器固定槽，槽的寬度比2D-IPMC驅動器片的寬度稍大，底板下表面與2D-IPMC驅動器片自由端連接時，該四個固定槽剛好將四個2D-IPMC驅動器片自由端卡住。

所述柱狀3D-IPMC驅動器為正四棱柱狀結構。

與現有技術相比，本發明的優點是：

1）利用2D-IPMC驅動器的彎曲變形特性，通過巧妙的設計將彎曲運動轉化為直線運動，實現仿生眼的“凸起”運動。

2）當向每個對電極施加不同的電壓時，柱形3D-IPMC驅動器會產生多種彎曲形態，進而實現眼睛的上視、下視、側視以及斜視功能。

3）3D-IPMC材料采用鑄膜技術鑄造，2D和3D-IPMC材料均經過封裝工藝處理，可以增加在空氣中的使用期限。

本發明通過2維和3維的IPMC懸臂的簡單結構，就能實現仿生眼模擬眼睛的多種運動形態，為仿生眼的普及應用提供了可能，具有很強的實際應用價值。

附圖說明

圖1為本發明三自由度仿生眼結構剖面圖。

圖2為本發明三自由度仿生眼一個具體實施例的三維分解圖。

圖3為圖2仿生眼中基座固定架結構三維圖（底面）。

圖4為圖2仿生眼中底板結構三維圖（底面）。