[發明專利]一種基于柔性離子型人工肌肉驅動器的仿蠕蟲軟體機器人

在審

• 申請號: 202211388207.1
• 申請日: 2022-11-08
• 公開（公告）號: CN115648191A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 齊瑞斌;王帆;鐘科;沈文浩
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/10
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王之懷;王洪新

本發明涉及一種軟體機器人。目的是提供一種基于柔性離子型驅動器的仿蠕蟲軟體機器人，該機器人能夠仿照蠕蟲類生物的運動方式，在平面上運動，并且結構簡單、操控方便。技術方案是一種基于柔性離子型人工肌肉驅動器的仿蠕蟲軟體機器人，其特征在于：該機器人包括矗立于地面且為缺圓形或Ω形的機器人本體，該機器人本體缺口兩側為接觸地面的兩個腳；所述機器人本體包括截面形狀為缺圓形或Ω形的柔性支撐框架以及貼合在該柔性支撐框架上的柔性離子型驅動器；所述兩個腳的腳底面設置了多個伸展方向一致的斜齒或毛刺，并且所述伸展方向往背向著機器人前進方向的一側傾斜向下伸展。

技術領域

本發明涉及一種軟體機器人，具體涉及基于柔性離子型人工肌肉驅動器的仿蠕蟲軟體機器人。

背景技術

現有機器人大多依賴于電動機等剛性驅動器，具有體積大、能耗高、約束多等缺點，難以適應一些復雜環境。蠕蟲類生物具有體積小、運動形式簡單等特點，得到研究人員的關注。中國專利申請CN202110492265.8公開了一種仿蠕蟲軟體機器人，該機器人包括套設于柔性外保護套內的多個順次連接的單元節，每個單元節的中心主軸的兩端均滑動設置有套筒且中心主軸上設有驅動套筒的動力組件，相鄰單元節通過伸縮槽伸縮配合，伸縮槽內的單元節端部與伸縮槽同側的套筒連接，且伸縮槽內的單元節端部與伸縮槽同側的套筒連接同步滑動配合。該機器人能夠仿照蠕蟲方式運動。中國專利申請CN111806585A公開了一種基于化學放能反應驅動的仿蠕蟲爬行軟體機器人，該機器人包括軀體系統、放能反應系統及真空系統，所述軀體系統包括左頭部外殼、左柔性軀殼、左反應倉、右反應倉、右柔性軀殼及右頭部外殼，柔性軀殼內配合安裝彈力傳動部件，所述放能反應系統包括化學燃料儲存單元、放能反應激勵裝置，所述真空系統包括真空吸盤、真空抽氣管及真空泵。該機器人具有較低的制造成本、結構較簡單、環境適應性高、驅動簡單等優點，且能夠進行向前向后的運動。

然而，上述仿蠕蟲軟體機器人均存在結構復雜、體積較大、動力要求高的缺陷。

發明內容

本發明的目的是克服上述背景技術的不足，提供一種基于柔性離子型驅動器的仿蠕蟲軟體機器人，該機器人能夠仿照蠕蟲類生物的運動方式，在平面上運動，并且結構簡單、操控方便。

本發明提供的技術方案是：

一種基于柔性離子型人工肌肉驅動器的仿蠕蟲軟體機器人，包括驅動控制器；其特征在于：該機器人包括矗立于地面且為缺圓形或Ω形的機器人本體，該機器人本體缺口兩側為接觸地面的兩個腳；所述機器人本體包括截面形狀為缺圓形或Ω形的柔性支撐框架以及貼合在該柔性支撐框架上的柔性離子型驅動器；所述兩個腳的腳底面設置了多個伸展方向一致的斜齒或毛刺，并且所述伸展方向往背向著機器人前進方向的一側傾斜向下伸展。

所述伸展方向與水平面的夾角B小于50度。

所述柔性離子型驅動器包括一層離子型人工肌肉以及分別覆蓋在該人工肌肉上下兩個表面且連通電源的兩個電極層。

所述人工肌肉由羧基化纖維素納米晶須與纖維素納米纖維混合物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽以及石墨烯混合制備而成。

所述柔性離子型驅動器上固定著用于連接導線的兩個接線端，兩個接線端分別連接所述的電極層。

所述電極層為PEDOT:PSS電極層。

所述驅動控制器包含STM32單片機、5V穩壓電源、穩壓模塊、功率放大模塊以及控制開關。

本發明的工作原理是：非工作狀態，機器人矗立在平面上，僅是固定腳與移動腳接觸著平面；該當閉合控制開關接通電源后，驅動控制器中的單片機產生可調電壓周期性交流信號，借助穩壓模塊和功率放大模塊轉變成驅動信號，該信號直接作用在機器人的柔性離子型驅動器使其反復產生膨脹形變和收縮形變，兩個腳之間的距離就反復變大和縮小，從而在地面上蹣跚前進，實現了機器人的水平方向移動。

與現有的軟體機器人相比，該機器人具有以下優勢：