CN108891562A - 基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法 - Google Patents

基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108891562A
CN108891562A CN201810633141.5A CN201810633141A CN108891562A CN 108891562 A CN108891562 A CN 108891562A CN 201810633141 A CN201810633141 A CN 201810633141A CN 108891562 A CN108891562 A CN 108891562A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shape
memory polymer
downside
upside
starfish
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810633141.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108891562B (zh
Inventor
张忠强
张福建
丁建宁
王晓东
程广贵
徐琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201810633141.5A priority Critical patent/CN108891562B/zh
Publication of CN108891562A publication Critical patent/CN108891562A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108891562B publication Critical patent/CN108891562B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明涉及软体机器人的驱动领域，具体涉及基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法。该机器人采用形状记忆聚合物作为致动器，碳纳米管埋入柔软的硅胶中做为导线连接致动器和控制端，机器人外侧嵌套柔软的硅胶外套，实现软体机器人在水中的仿海星运动。

Description

基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法
技术领域
本发明涉及软体机器人的驱动领域，具体涉及一种利用形状记忆聚合物作为致动器驱动仿海星软体机器人及控制方法。
背景技术
软体机器人主要由柔软的、具有弹性的聚合物制成，理论上具有无限多的自由度和连续变形的能力，使得软体机器人可以获得无限多的机器人形状，从而能够到达复杂空间结构的每一个点。相比于传统刚性机器人，软体机器人可以通过自身变形顺应障碍物，施加柔软的有效载荷却不产生伤害。在医疗检测、抢险救灾、间谍侦查等众多高精尖领域将具有广阔的应用前景。
传统仿生机器人一般由刚性模块连接构成，自由度较少，虽然能够满足精确运动的需要，但是其刚性结构导致其环境适应性差，在复杂环境或狭窄空间内运动会受到限制，在一些较为特殊的场合并不适用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人，该机器人采用形状记忆聚合物作为致动器，碳纳米管埋入柔软的硅胶中作为导线连接致动器模块和控制端，机器人外侧嵌套柔软的硅胶外套，实现软体机器人在水中的仿海星运动。
一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人，其特征在于：所述仿海星软体机器人包括形状记忆聚合物模块、电热丝、碳纳米管导线、下侧硅胶外套、上侧硅胶外套和控制模块。其中控制端固定在下侧硅胶外套中间设有的控制端凹槽处；形状记忆聚合物模块由上侧形状记忆聚合物和下侧形状记忆聚合物中间添加隔热夹层制成，上侧、下侧形状记忆聚合物与隔热夹层紧密贴合；电热丝按照等距的方式分别均匀嵌入形状记忆聚合物模块中隔热夹层两侧的上侧形状记忆聚合物和下侧形状记忆聚合物里，且电热丝的走向与仿海星的触角走向垂直，电热丝嵌入形状记忆聚合物模块中组成致动器模块；5个致动器模块分别固定在下侧硅胶外套的致动器模块凹槽中；碳纳米管导线填充进下侧硅胶外套的导线凹槽中，使致动器模块中的电热丝与控制端相连接；上侧硅胶外套套在前述连接装配得到的结构上，使下侧硅胶外套和上侧硅胶外套密封连接。上述连接结构构成本发明所述的一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人。
本发明的进一步限定技术方法如下：
前述形状记忆聚合物通过加工，制成起始态为弯曲的形状。形状记忆聚合物模块中隔热夹层上侧形状记忆聚合物起始弯曲形状向上，下侧形状记忆聚合物起始弯曲形状向下，上侧形状记忆聚合物厚度小于下侧。
本发明的有益效果是：
1.本发明一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人通过防水密封限定其在水中环境运动的方式，克服了形状记忆聚合物作为致动器时变形力小的缺点，充分发挥了形状记忆聚合物作为致动器时变形量大的优点。
2.本发明采用了碳纳米管作为导线，相对于传统导线，嵌入硅胶中的碳纳米管导线克服了传统导线不可伸缩且阻碍软体机器人运动的缺点，提高了软体机器人在运动时电路连接的稳定性与变形的柔顺性。
3.本发明采用了可伸缩变形的软体材料为主要制作材料，使得本发明所述软体机器人具有较好的抗压能力和抗冲击能力，适宜在江河湖泊浅海等水流较为复杂和有水生生物活动的地方进行探测等活动。
4.本发明通过控制端的无线收发模块实现远程控制。
附图说明
图1是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的去掉上侧硅胶外套的结构图，便于直观显示整体结构及各个部分的特征。
图2是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的去掉上侧硅胶外套的立体图，便于直观显示整体结构及各个部分的特征。
图3是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的电热丝与形状记忆聚合物相对位置关系图。
图4是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的下侧硅胶外套结构图。
图5是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的外观结构图。
图6是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的上侧硅胶外套结构图。
图7是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的形状记忆聚合物模块的结构图。
图8是本发明所述一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的形状记忆聚合物模块运动时序图，(a)-通电前状态；(b)(f)-下侧形状记忆聚合物加热收缩，最终变形状态；(c)(e)上侧、下侧形状记忆聚合物形状记忆聚合物交替加热变形过渡状态；(d)上侧形状记忆聚合物加热收缩，最终变形状态。
图中：1-下侧硅胶外套；2-形状记忆聚合物模块；3-碳纳米管导线；4-控制端；5-电热丝；6-上侧硅胶外套；7-上侧形状记忆聚合物；8-隔热夹层；9-下侧形状记忆聚合物。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明。
如图1、2、3、4、5、6和7所示，本发明一种形状记忆聚合物驱动软体爬行机器人，主要包括下侧硅胶外套1、形状记忆聚合物模块2、电热丝5、碳纳米管导线3、控制端4和上侧硅胶外套6。其中控制端4固定在下侧硅胶外套1中间的预留控制端凹槽处；形状记忆聚合物模块2由制作好的上侧形状记忆聚合物7和下侧形状记忆聚合物9中间添加隔热夹层8制成，上侧形状记忆聚合物7、下侧形状记忆聚合物9与隔热夹层8紧密贴合；电热丝5按照等距的方式分别均匀嵌入形状记忆聚合物模块2中隔热夹层8两侧的上侧形状记忆聚合物7和下侧形状记忆聚合物9里，且电热丝5的走向与仿海星触角的走向垂直，电热丝5嵌入形状记忆聚合物模块2组成致动器模块；五个致动器模块分别固定在下侧硅胶外套1的预留致动器凹槽中；碳纳米管导线3充填进下侧硅胶外套1的预留导线凹槽中，使致动器模块中的电热丝5与控制端4相连接；上侧硅胶外套6套在前述连接装配得到的结构上，使下侧硅胶外套1和上侧硅胶外套6密封连接。上述连接结构构成本发明所述的一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人。
基于形状记忆聚合物做为致动器时形变量大、变形力小的特点，本发明的软体机器人通过对软体机器人进行整体密封的方式设定其在水中运动，使其能充分发挥形状记忆聚合物形变量大的优势，克服形状记忆聚合物变形力小的不足。通过调整本发明的一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的重量与体积的关系，使其在水中运动时所受到的浮力能够抵消自身重量的90％。
未通电情况下，仿海星软体机器人触角中的形状记忆聚合物模块2中的下侧形状记忆聚合物9比上侧形状记忆聚合物7厚度大，下侧形状记忆聚合物9向下弯曲应力大于上侧形状记忆聚合物7向上弯曲应力，形状记忆聚合物模块初始形状如图8(a)。当控制模块4收到信号后，给下侧形状记忆聚合物9中的电热丝5通电加热，使下侧形状记忆聚合物9达到变形温度并产生向下的弯曲变形，带动仿海星软体机器人触角向下弯曲变形；下侧形状记忆聚合物9变形完成时，给上侧形状记忆聚合物7中的电热丝5通电加热，使上侧形状记忆聚合物7达到变形温度并产生向上的弯曲变形，使仿海星机器人触角变为水平状态；通过仿海星机器人五个触角中的形状记忆聚合物模块2中的电热丝5有序通电，实现仿海星软体机器人在水底的爬行运动。通过在控制端4中增加无线收发模块和智能避障模块，实现基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的自主运动、环境探测等功能。

Claims (4)

1.一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人，其特征在于：所述仿海星软体机器人包括形状记忆聚合物模块、电热丝、碳纳米管导线、下侧硅胶外套、上侧硅胶外套和控制模块；其中控制端固定在下侧硅胶外套中间设有的控制端凹槽处；形状记忆聚合物模块由上侧形状记忆聚合物和下侧形状记忆聚合物中间添加隔热夹层制成，上侧、下侧形状记忆聚合物与隔热夹层紧密贴合；电热丝按照等距的方式分别均匀嵌入形状记忆聚合物模块中隔热夹层两侧的上侧形状记忆聚合物和下侧形状记忆聚合物里，电热丝嵌入形状记忆聚合物模块中组成致动器模块；5个致动器模块分别固定在下侧硅胶外套的致动器模块凹槽中；碳纳米管导线填充进下侧硅胶外套的导线凹槽中，使致动器模块中的电热丝与控制端相连接；上侧硅胶外套套在前述连接装配得到的结构上，使下侧硅胶外套和上侧硅胶外套密封连接，构成所述的基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人。
2.如权利要求1所述的一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人，其特征在于：电热丝的走向与仿海星的触角走向垂直。
3.如权利要求1所述的一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人，其特征在于：形状记忆聚合物通过加工，制成起始态为弯曲的形状；形状记忆聚合物模块中隔热夹层上侧形状记忆聚合物起始弯曲形状向上，下侧形状记忆聚合物起始弯曲形状向下，上侧形状记忆聚合物厚度小于下侧。
4.如权利要求1所述的一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：未通电情况下，仿海星软体机器人触角中的形状记忆聚合物模块中的下侧形状记忆聚合物比上侧形状记忆聚合物厚度大，下侧形状记忆聚合物向下弯曲应力大于上侧形状记忆聚合物向上弯曲应力；当控制模块收到信号后，给下侧形状记忆聚合物中的电热丝通电加热，使下侧形状记忆聚合物达到变形温度并产生向下的弯曲变形，带动仿海星软体机器人触角向下弯曲变形；下侧形状记忆聚合物变形完成时，给上侧形状记忆聚合物中的电热丝通电加热，使上侧形状记忆聚合物达到变形温度并产生向上的弯曲变形，使仿海星机器人触角变为水平状态；通过仿海星机器人五个触角中的形状记忆聚合物模块中的电热丝有序通电，实现仿海星软体机器人在水底的爬行运动；通过在控制端中增加无线收发模块和智能避障模块，实现基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人的自主运动、环境探测功能。
CN201810633141.5A 2018-06-20 2018-06-20 基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法 Active CN108891562B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810633141.5A CN108891562B (zh) 2018-06-20 2018-06-20 基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810633141.5A CN108891562B (zh) 2018-06-20 2018-06-20 基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108891562A true CN108891562A (zh) 2018-11-27
CN108891562B CN108891562B (zh) 2020-06-09

Family

ID=64345169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810633141.5A Active CN108891562B (zh) 2018-06-20 2018-06-20 基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108891562B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109733497A (zh) * 2018-12-29 2019-05-10 西安交通大学 一种基于形状记忆合金的爬行软体机器及其驱动方法
CN109877864A (zh) * 2019-03-31 2019-06-14 西南科技大学 灵敏软体执行器及其应用
CN109895131A (zh) * 2019-03-27 2019-06-18 江苏大学 一种基于磁编程温敏水凝胶的磁控软体抓取机器人
CN110587619A (zh) * 2019-08-29 2019-12-20 华中科技大学 一种基于温度驱动的4d打印机器人
CN112271829A (zh) * 2020-09-27 2021-01-26 哈尔滨工业大学 一种汽液相变驱动的无线寻址仿海星软体机器人
CN113305821A (zh) * 2021-05-11 2021-08-27 南京理工大学 一种温度场驱动的可折叠蠕动机器人及其驱动方法
US11993498B2 (en) 2021-10-28 2024-05-28 Toyota Research Institute, Inc. Structures and sensor assemblies having engagement structures for securing a compliant substrate assembly

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004092581A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-28 Board Of Trustees Operating Michigan State University Prestrained thin-film shape memory actuator using polymeric substrates
CN1903656A (zh) * 2006-07-28 2007-01-31 哈尔滨工业大学 形状记忆合金丝驱动的胸鳍波动推进仿生水下机器人
CN204642126U (zh) * 2015-05-22 2015-09-16 刘欣欣 水母仿生机器人
CN107615209A (zh) * 2015-05-21 2018-01-19 诺基亚技术有限公司 可控致动的织物及用于控制织物的相关方法和装置
CN107962553A (zh) * 2017-12-07 2018-04-27 北京康力优蓝机器人科技有限公司 一种柔性机器人
CN108045448A (zh) * 2017-12-05 2018-05-18 北京航空航天大学 一种记忆合金驱动的多模态机器人

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004092581A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-28 Board Of Trustees Operating Michigan State University Prestrained thin-film shape memory actuator using polymeric substrates
CN1903656A (zh) * 2006-07-28 2007-01-31 哈尔滨工业大学 形状记忆合金丝驱动的胸鳍波动推进仿生水下机器人
CN107615209A (zh) * 2015-05-21 2018-01-19 诺基亚技术有限公司 可控致动的织物及用于控制织物的相关方法和装置
CN204642126U (zh) * 2015-05-22 2015-09-16 刘欣欣 水母仿生机器人
CN108045448A (zh) * 2017-12-05 2018-05-18 北京航空航天大学 一种记忆合金驱动的多模态机器人
CN107962553A (zh) * 2017-12-07 2018-04-27 北京康力优蓝机器人科技有限公司 一种柔性机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯长根: "《智能可变形飞行器发展前景及我们的选择——新观点新学说学术沙龙文集（32）》", 31 May 2010 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109733497A (zh) * 2018-12-29 2019-05-10 西安交通大学 一种基于形状记忆合金的爬行软体机器及其驱动方法
CN109895131A (zh) * 2019-03-27 2019-06-18 江苏大学 一种基于磁编程温敏水凝胶的磁控软体抓取机器人
CN109895131B (zh) * 2019-03-27 2022-06-21 江苏大学 一种基于磁编程温敏水凝胶的磁控软体抓取机器人
CN109877864A (zh) * 2019-03-31 2019-06-14 西南科技大学 灵敏软体执行器及其应用
CN110587619A (zh) * 2019-08-29 2019-12-20 华中科技大学 一种基于温度驱动的4d打印机器人
CN112271829A (zh) * 2020-09-27 2021-01-26 哈尔滨工业大学 一种汽液相变驱动的无线寻址仿海星软体机器人
CN113305821A (zh) * 2021-05-11 2021-08-27 南京理工大学 一种温度场驱动的可折叠蠕动机器人及其驱动方法
US11993498B2 (en) 2021-10-28 2024-05-28 Toyota Research Institute, Inc. Structures and sensor assemblies having engagement structures for securing a compliant substrate assembly

Also Published As

Publication number Publication date
CN108891562B (zh) 2020-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108891562A (zh) 基于形状记忆聚合物驱动的仿海星软体机器人及控制方法
CN100579865C (zh) 一种水下微型仿生机器鱼
CN109334931A (zh) 一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人
CN100374352C (zh) 形状记忆合金丝驱动的胸鳍波动推进仿生水下机器人
KR101466795B1 (ko) 신축성 기판 및 그 제조방법
CN111331586B (zh) 一种流体控制的逻辑软体驱动器
ES2666401T3 (es) Superficie con cambio de forma reprogramable, método y aparato
CN109520410A (zh) 三维石墨烯泡沫柔性应变传感器及其制备方法
CN111015721B (zh) 一种仿玻璃海绵骨架结构的变刚度软体模块及夹持器
CN108807651A (zh) Led基板的模压装置及其封装方法
CN107765686A (zh) 一种用于人与机器人安全交互的传感装置
CN109835451A (zh) 一种介电弹性体驱动单元、仿生软体机器鱼及其制作方法
CN208872241U (zh) 一种柔性应变传感器
CN111716339B (zh) 一种改进型柔性驱动器驱动的软体机器人模块及制作方法
CN112339958A (zh) 一种基于sma丝驱动的仿生蝠鲼
CN2628239Y (zh) 仿生机器鱼
CN107813300B (zh) 一种可用于机器人的柔性智能模块的分层浇铸方法
CN113635318A (zh) 基于记忆合金驱动的软体浮游机器人
CN105355340B (zh) 一种玻璃复合绝缘子及其制造方法
CN108680190B (zh) 利用溶菌酶焊接的自支撑银薄膜制备的柔性电子传感器及制备方法
CN113681542B (zh) 一种基于液晶弹性体的软体机器人
CN106964160B (zh) 人型玩具的外观零件和人型玩具
CN115416009A (zh) 一种磁控仿蛇鳞软驱动器及其制造方法
CN102114345B (zh) 基于ipmc材料驱动的一维和二维仿生眼球装置
EP1271997A3 (en) Loudspeaker diaphragm

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant