[發明專利]基于電活性聚合物的仿生變形環節機器人

有效

• 申請號: 201610094539.7
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105598959B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 谷國迎;徐亮;陳漢青;董婉婷;朱利民
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中;樊昕

本發明提供了一種基于電活性聚合物的仿生變形環節機器人，包括依次相連接的多個縱肌和環肌，每個縱肌的四角設置有四個延伸部位，所述延伸部位連接所述縱肌兩側的環肌，每個環肌的兩側固定一組剛毛和一組配重。本發明在任一段增加一個縱肌和一個環肌，就可以增加一個環節，重復增加和減少，就可以靈活控制仿生變形環節機器人的長度。本發明模仿蚯蚓的運動方式，通過在每一環節的縱肌和環肌分別加上周期相同相位不同的高電壓，當一個環肌與地面摩擦力最大時，另一個環肌與地面摩擦力最小，同時縱肌縱向舒張，達到環節機器人向固定方向運動的目的。

技術領域

本發明涉及仿生機器人領域的仿生變形環節機器人，具體地，涉及一種基于電活性聚合物的軟體仿生環節機器人。

背景技術

近來，為解決復雜的工程學問題，人類不斷模仿自然界的智慧，仿生學正日益發展。作為生物界中最早能在陸地上靈活運動的動物之一，蚯蚓等環節動物的波動運動方式在生物學上正受到廣泛關注，然而對于這種簡單而有效的運動方式的仿生學研究還處于起步階段。環節動物的同律分節顯著提高了其運動能力且有利于仿生機器人的模塊化。環節動物通過環肌與縱肌的舒張配合運動，其柔軟的身體使得在極端環境中的運動成為可能。基于這些運動特點，仿生環節機器人適合在救災機器人及工業檢測領域的應用，已經成為當前研究的一個重要方向。

經過現有技術的文獻搜索發現，意大利比薩圣安娜高等學校的A.Menciassi等人在其論文“A SMA Actuated Artificial Earthworm”中介紹了一種基于記憶合金(SMA)驅動器的仿生環節機器人，其制作通過在彈簧骨架中嵌入多個由SMA驅動器組成的運動環節來完成。預制的骨架限制了機器人環節的數量，使得在實際應用中無法通過減少環節的方式以運動速度換取更小的體積。SMA驅動器本質是合金，其剛性特征限制了機器人在極端環境中縮小體積穿越障礙的能力。SMA驅動器的反應時間較長，使機器人的移動速度最高只能達到0.22mm/s。此外，在硅膠囊中植入SMA微彈簧制作SMA驅動器的過程需要精細加工，增加了機器人的制備難度。

發明內容

針對上述現有技術中的缺陷，本發明的提供一種基于電活性聚合物的仿生變形環節機器人，模仿蚯蚓運動，使其能夠在實際應用中靈活增減環節，身體有一定的縮放限度可改變體積穿越障礙物，具有較高的移動速度，且制備更為簡便。

為實現以上目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于電活性聚合物的仿生變形環節機器人，包括依次相連接的多個縱肌和環肌，每個縱肌的四角設置有四個延伸部位，所述延伸部位連接所述縱肌兩側的環肌，每個環肌的兩側固定一組剛毛和一組配重。

所述縱肌和環肌均為可徑向運動的8字形電活性聚合物驅動器，利用8字形結構能夠在高電壓下發生明顯的形變特性，實現縱肌的軸向運動；所述環肌的四角設置有和縱肌的延伸部位相契合的缺口，在電壓驅動下，發生高度變化；所述剛毛為兩簇豎直向下的刷毛，固定在環肌兩側，其長度為在環肌舒張到最低點時正好觸地為準；所述配重固定在環肌四角缺口旁邊，利用其自身重量使環肌不會在縱肌舒張時發生轉動。

在所述縱肌和環肌上分別加上周期相同相位不同的高電壓，當一個環肌與地面摩擦力最大時，另一個環肌與地面摩擦力最小，同時縱肌縱向舒張，使得機器人向固定方向運動。

所述配重為四個螺釘，用VHB的粘性固定。

所述8字形電活性聚合物驅動器采用兩側涂有碳粉的介電彈性體提供舒張動力，外側極薄的亞克力板框架提供支撐和拮抗力的電活性聚合物肌肉。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：采用8字形電活性聚合驅動器，可以得到高效穩定的形變；采用環肌和縱肌組合的結構，保證和蚯蚓結構的一致性，可以穩定的向固定方向運動，同時可以靈活調節機器人的長度。

附圖說明