CN107471192B - 一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造方法 - Google Patents

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    • B25J7/00—Micromanipulators

Abstract

一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人，包括A智能材料层，A智能材料层上表面四周设有B智能材料层，A智能材料层上表面中心搭载监测及信号处理系统，A智能材料层微结构侧接触狭窄管道内液体，B智能材料层感应外部驱动源发射的刺激，对其实施远程驱动，监测及信号处理系统对狭小空间内壁缺陷进行在线监测；监测及信号处理系统监测到的缺陷图像经过数据传输单元传输给狭小空间外的信号接收及显示系统，实时在移动过程中监测到的内壁形貌图像；本发明能够在狭小空间外进行远程操控，直接获取狭小空间内壁缺陷图象，监测准确度高且软体机器人具有结构简易，灵活性高，与狭小空间相容性好，在无创或者微创的前提下治愈疾病的优点。

Description

一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造 方法
技术领域
本发明属于微纳传感器设计与制造技术领域，具体涉及一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人。
背景技术
狭小空间如狭窄管道、生物体内血管等，其中，管道作为给水、排水、长距离输送石油等各种工业装置中液体的运输载体，在经过长期使用后管道内壁会腐蚀变薄以及出现裂纹等，严重时会发生泄漏事故。目前常用的管道内壁缺陷监测方法有电磁探伤和超声波脉冲技术，电磁探伤容易受到管内液体的干扰，超声波探伤技术是通过接收反射回的超声波信号，根据波形间接判断裂纹尺寸、形状和位置，以上均属于间接监测，对技术的依赖性较高，很难保证监测精度；工业上常用的在线监测方法有ER电阻探针腐蚀测量、LPR线性极化腐蚀测量、电化学噪声技术及电阻腐蚀监测传感器法都是针对管道内壁缺陷中的腐蚀情况进行监测，并不能对裂纹等其他缺陷进行监测，应用范围存在局限性，且监测装置结构复杂，体积庞大，系统零部件繁多，结构的刚性使其环境适应性较差，在狭窄空间内的运动受到限制，无法通过狭窄尺度的通道；其次，对于生物体内血管，目前的内壁缺陷监测是将超声导管插入病人的静脉血管内沿螺旋路径运动，通过向血管内壁发射超声能量脉冲串，根据反射回的信号分析血管壁板状沉淀物的特征，也属于间接监测，很难保证监测精度的同时还给人体带来创伤与痛苦。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人，能够在狭小空间外进行远程操控，直接获取狭窄管道或血管内壁缺陷图象，监测准确度高且软体机器人具有结构简易，灵活性高，与狭小空间相容性好，在无创或者微创的前提下治愈疾病的优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人，包括A智能材料层4，A智能材料层4上表面四周设有B智能材料层5，A智能材料层4上表面中心搭载监测及信号处理系统6，A智能材料层4微结构侧接触狭小空间8内液体，B智能材料层5感应外部驱动源9发射的刺激，对其实施远程驱动，监测及信号处理系统6对狭小空间8内壁缺陷进行在线监测；监测及信号处理系统6监测到的缺陷图像经过数据传输单元7传输给狭小空间8外的信号接收及显示系统10，实时在移动过程中监测到的内壁形貌图像。
所述的A智能材料层4所用聚合物混合液为聚合物弹性体，包括聚二甲基硅氧烷PDMS。
所述的B智能材料层5所用聚合物纳米复合材料，纳米材料包括但不限于多孔纳米粒子、碳纳米管、石墨稀。
所述的外部驱动源9发射的刺激包括但不限于电场、磁场、光场。
一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人制造方法，包括以下步骤：
1)先在基底1表面旋涂正性光刻胶2，然后利用曝光显影工艺，将掩膜版图形转移到光刻胶层2表面；
2)在具有掩膜版图形的光刻胶层2表面溅射金属层3；
3)利用丙酮将基底1表面的光刻胶层2去除，光刻胶层2上的金属层3也同时被去除；
4)以金属层3作掩蔽，对图形化基底进行深硅刻蚀，刻蚀图形的周期与深度均为微米级，得到基底表面微结构阵列；
5)利用酸溶液在加热条件下对基底表面的金属层3进行剥离，得到阵列微结构化模板；
6)利用匀胶机将配置好的聚合物混合液旋涂在阵列微结构化模板上，然后加热使其固化，完成软体机器人A智能材料层4制备；
7)配置聚合物纳米复合材料，利用刮板刮涂在A智能材料层4上表面的四个棱边处，加热使其固化，完成软体机器人B智能材料层5的制备；
8)从阵列微结构化模板上利用翻模工艺得到双层智能材料系统，对A智能材料层4下表面微结构一侧进行表面化学修饰，制得用于狭小空间内壁缺陷监测的软体机器人。
所述的阵列微结构化模板的阵列微结构包括微米级阵列方柱、方柱凹坑和平行光栅。
所述的表面化学修饰，还需要满足软体机器人的环境适应性，包括用于生物体内血管监测的生物兼容性、用于腐蚀性管道内壁监测的抗腐蚀性。
本发明的优点在于：
由于本发明中利用聚合物弹性体作为A智能材料层4，通过将纳米复合材料添加到聚合物中作为B智能材料层5，且纳米材料与聚合物弹性体种类不限，既保留了聚合物基体的柔性、易成型性与生物兼容性，同时利用了纳米复合材料优越的电学、力学及热学性能，使得智能材料系统具有加工简单，制造成本低的优点；由于本发明中在A智能材料层4下表面设有阵列微米级结构，相比平滑表层，软体机器人具有了更高的承载能力；由于B智能材料层5是由纳米复合材料添加到聚合物中制得，因此通过改变纳米复合材料在聚合物中的质量分数使软体机器人具有远程操控能力可调控的优点；由于对A智能材料层4下表面进行表面作化学修饰，如生物兼容性(用于生物体内血管等监测)、抗腐蚀性(用于腐蚀性管道内壁监测等)等，因此软体机器人的环境适应性较好；监测及信号处理系统6随着A智能材料层4、B智能材料层5移动的同时对狭小空间8内壁进行在线监测，通过数据传输单元7，将缺陷图像传送给狭小空间8外信号接收及显示系统10，实现狭小空间8内壁缺陷图形实时在线监测，具有监测准确度高的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是阵列微结构化模板制备流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明做进一步说明。
参照图1，一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人，包括A智能材料层4，A智能材料层4上表面四周设有B智能材料层5，A智能材料层4上表面中心搭载监测及信号处理系统6，A智能材料层4微结构侧接触狭小空间8内液体，B智能材料层5感应外部驱动源9发射的刺激，对其实施远程驱动，监测及信号处理系统6对狭小空间8内壁缺陷进行在线监测；监测及信号处理系统6监测到的缺陷图像经过数据传输单元7传输给狭小空间8外的信号接收及显示系统10，实时在移动过程中监测到的内壁形貌图像。
所述的A智能材料层4所用聚合物混合液为聚合物弹性体，包括聚二甲基硅氧烷PDMS。
所述的B智能材料层5所用聚合物纳米复合材料，纳米材料包括但不限于多孔纳米粒子(纳米金、纳米铜等)、碳纳米管、石墨稀。
所述的外部驱动源9发射的刺激包括但不限于电场、磁场、光场。
一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造方法，包括以下步骤：
1)参照图2(a)，先在基底1表面旋涂正性光刻胶2，然后利用曝光显影工艺，将掩膜版图形转移到光刻胶层2表面；
2)参照图2(b)，在具有掩膜版图形的光刻胶层2表面溅射金属层3，为刻蚀作准备；
3)参照图2(c)，利用丙酮将基底1表面的光刻胶层2去除，光刻胶层2上的金属层3也同时被去除；
4)参照图2(d)，以金属层3作掩蔽，对图形化基底进行深硅刻蚀，刻蚀图形的周期与深度均为微米级，得到基底表面微结构阵列；
5)参照图2(e)，利用酸溶液在加热条件下对基底表面的金属层3进行剥离，得到阵列微结构化模板；
6)利用匀胶机将配置好的聚合物混合液旋涂在阵列微结构化模板上，然后加热使其固化，完成软体机器人A智能材料层4制备；
7)配置聚合物纳米复合材料，利用刮板刮涂在A智能材料层4上表面的四个棱边处，加热使其固化，完成软体机器人B智能材料层5的制备；
8)从阵列微结构化模板上利用翻模工艺得到双层智能材料系统，对A智能材料层4下表面微结构一侧进行表面化学修饰，提高软体机器人在狭小空间内的环境适应性；由于A智能材料层4下表面有阵列微结构，使得智能材料系统具备更好的承载能力来搭载在位监测功能器件，制得用于狭小空间内壁缺陷监测的软体机器人。
所述的阵列微结构化模板的阵列微结构包括微米级阵列方柱、方柱凹坑和平行光栅。
所述的表面化学修饰，还需要满足软体机器人的环境适应性，包括用于生物体内血管监测的生物兼容性、用于腐蚀性管道内壁监测的抗腐蚀性。

Claims (6)

1.一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先在基底(1)表面旋涂正性光刻胶层(2)，然后利用曝光显影工艺，将掩膜版图形转移到光刻胶层(2)表面；
2)在具有掩膜版图形的光刻胶层(2)表面溅射金属层(3)；
3)利用丙酮将基底(1)表面的光刻胶层(2)去除，光刻胶层(2)上的金属层(3)也同时被去除；
4)以金属层(3)作掩蔽，对图形化基底进行深硅刻蚀，刻蚀图形的周期与深度均为微米级，得到基底表面微结构阵列；
5)利用酸溶液在加热条件下对基底表面的金属层(3)进行剥离，得到阵列微结构化模板；
6)利用匀胶机将配置好的聚合物混合液旋涂在阵列微结构化模板上，然后加热使其固化，完成软体机器人A智能材料层(4)制备；
7)配置聚合物纳米复合材料，利用刮板刮涂在A智能材料层(4)上表面的四个棱边处，加热使其固化，完成软体机器人B智能材料层(5)的制备；
8)从阵列微结构化模板上利用翻模工艺得到双层智能材料系统，对A智能材料层(4)下表面微结构一侧进行表面化学修饰，制得用于狭小空间内壁缺陷监测的软体机器人；
所述的一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人，包括A智能材料层(4)，A智能材料层(4)上表面四周设有B智能材料层(5)，A智能材料层(4)上表面中心搭载监测及信号处理系统(6)，A智能材料层(4) 微结构侧接触狭小空间(8)内液体，B智能材料层(5)感应外部驱动源(9)发射的刺激，对其实施远程驱动，监测及信号处理系统(6)对狭小空间(8)内壁缺陷进行在线监测；监测及信号处理系统(6)监测到的缺陷图像经过数据传输单元(7)传输给狭小空间(8)外的信号接收及显示系统(10)，实时在移动过程中监测到的内壁形貌图像。
2.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造方法，其特征在于：所述的A智能材料层(4)所用聚合物混合液为聚合物弹性体，包括聚二甲基硅氧烷PDMS。
3.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造方法，其特征在于：所述的B智能材料层(5)所用聚合物纳米复合材料，纳米材料包括多孔纳米粒子、碳纳米管、石墨稀。
4.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造方法，其特征在于：所述的外部驱动源(9)发射的刺激包括电场、磁场、光场。
5.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造方法，其特征在于：所述的阵列微结构化模板的阵列微结构包括微米级阵列方柱、方柱凹坑和平行光栅。
6.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间内壁缺陷监测的智能软体机器人的制造方法，其特征在于：所述的表面化学修饰，还需要满足软体机器人的环境适应性，包括用于生物体内血管监测的生物兼容性、用于腐蚀性管道内壁监测的抗腐蚀性。
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