CN108972510B - 基于铁磁流体驱动的软体机器人、模具模型及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于铁磁流体驱动的软体机器人、模具模型及其制备方法。其软体机器人包括弹性体主体，其弹性体主体包括电磁铁容纳部、环节结构以及磁流体库，其电磁铁容纳部位于位于其弹性体主体的左右两端，其环节结构包括多个环节结构单体，其环节结构单体位于所述电磁铁容纳部以及其磁流体库之间。本发明实现了将磁场内置于基于铁磁流体的软体机器人中，使得机器人不受外置磁场要求的限制。并且该软体机器人通过其特定结构，巧妙的将磁流体与软体机器人联合，体积小、驱动简单、灵活性强，能适应多种环境。

Description

基于铁磁流体驱动的软体机器人、模具模型及其制备方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种基于铁磁流体驱动的软体机器人及其制备方法。

背景技术

传统的软体机器人有用气动、液压制动、燃烧产气制动、记忆合金驱动等，但应用铁磁流体来驱动的极少，且应用了磁流体的都仅仅是靠外加磁场控制，环境要求高。

在国内江苏大学申请的专利号为201710627578.3，名称为“一种电磁驱动的软体爬行机器人”中，他的机器人仅仅只靠电磁铁的相互吸引来产生力使机器人运动。由于电磁铁作用范围极小，其机器人运动难以实现，效率低。在专利申请号为201610386602.4，名称为“一种环足式微型蠕动机器人”，该机器人单靠伸缩段控制，前进缓慢，且正方形的身体无法适应多种环境。上海交通大学还发表了磁动多节蠕动机器人，依靠电磁铁的相互排斥吸引来前进。

Bangxiang Chen等人通过将铁磁流体与一种可变形软球壳聚合物相结合，完成了一种软球机器人样机，它能在磁场中变形和滚动，但也受限于环境，需要外加磁场。Hernando Leon-Rodriguez等人仿照变形虫运动基于与表面的摩擦接触和施加在铁液中的电磁力设计出一种铁磁流体软体机器人，但也是外加磁场，受限于环境。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明至少提出如下技术方案：

基于磁流体驱动的软体机器人，其包括，弹性体主体，所述弹性体主体包括电磁铁容纳部、环节结构以及磁流体库，所述电磁铁容纳部位于位于所述弹性体主体的左右两端，所述磁流体库位于所述弹性体主体的中间位置，所述环节结构包括多个环节结构单体，所述环节结构单体位于所述电磁铁容纳部以及所述磁流体库之间。

进一步的，所述环节结构与所述磁流体库之间通过连通器连通，位于所述磁流体库中的磁流体通过所述连通器流动。

进一步的，所述磁流体库为一内部包含有空腔的正方体结构，所述空腔为球状结构，所述空腔用于容纳磁流体。

进一步的，位于所述弹性主体一端的所述电磁铁容纳部与所述磁流体库之间设置有至少两个环节结构单体，所述环节结构单体之间通过连通器连通。

进一步的，所述环节结构单体为一包含空腔结构的薄壁型椭球状腔体，其腔体具有良好的弹性，所述环节结构单体之间通过所述连通器连通。

进一步的，所述弹性体主体由硅胶制成，具有良好的柔性。

进一步的，所述电磁铁容纳部呈空心圆柱状腔体，电磁铁可沿其圆柱状腔体裸露出的端面嵌入其中。

进一步的，通电时，在电磁铁的控制下，位于所述磁流体库的空腔中的磁流体通过所述连通器向电磁铁处流动，所述磁流体通过所述连通器时产生向前的力，与环节结构以及磁流体库接触的磁流体产生向前的力，在多种力的共同作用下，最终压缩环节结构，电磁铁不运作时，环节结构恢复原状，从而实现向前运动。

基于磁流体驱动的软体机器人的制备方法，其包括以下步骤，

采用SOLIDWORKS创建所述机器人模型以及所述机器人的模具模型；

采用3D打印技术将所述模具模型打印出来；

取硅胶注入所述模具内，将所述模具密封；

脱模后即可获得分体的两半模型；

将所述两半模型对齐粘合，即可获得所述软体机器人弹性体主体；

将电磁铁分别嵌入所述弹性体主体的两端，采用针筒将磁流体注入磁流体库。

进一步的，所述机器人模型的创建基于上述软体机器人。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人不受需外加磁场的条件限制，能更好的适用于各种复杂环境中进行工作，使用材料安全无毒，并且该软体机器人通过其特定的简单结构，实现了将磁场内置于其软体机器人中，巧妙的将磁流体与软体机器人结合，体积小、驱动简单、灵活性强，能适应多种环境。并且本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的制备方法简单、易操作，适合于批量生产。

附图说明

图1是本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的立体示意图。

图2是本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的立体剖视示意图。

图3是本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的斜视透视示意图。

图4是本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的正视工程示意图。

图5是本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的左视工程示意图。

图6是本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的模具下部立体示意图。

图7是本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的模具上部立体示意图。

附图标记：1是电磁铁，2是电磁铁容纳部，3是环节结构，4是磁流体库，5是连通器，6是空腔。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式加以详细说明。

如图1至图5所示，本发明的基于磁流体驱动的软体机器人包括弹性体主体，其弹性主体由硅胶制成，具有良好的柔性，所述弹性体主体包括电磁铁容纳部2、环节结构3以及磁流体库4，所述电磁铁容纳部2位于所述弹性体主体的左右两端，所述磁流体库4位于所述弹性体主体的中间位置；电磁铁容纳部2、环节结构3以及磁流体库4这三者之间的高度比为1:1:1。

所述电磁铁容纳部2呈空心圆柱状腔体，电磁铁可沿其圆柱状腔体裸露出的端面嵌入其中，从而使其容纳部容纳有电磁铁。

所述环节结构3包括多个环节结构单体，所述环节结构单体位于所述电磁铁容纳部2与所述磁流体库4之间，位于所述弹性体主体左右两端的各所述电磁铁容纳部2与所述磁流体库4之间设置有至少两个环节结构单体，在该实施例中，弹性体主体左右两端的电磁铁容纳部2与磁流体库4之间的环节结构单体数量均为两个，两个环节结构单体的总长度与磁流体库4的长度比近似为1:1，环节结构单体的长宽高之比近似为1:3:5。其尺寸比例的设置能够满足该软体机器人的灵活运动。

所述环节结构单体之间通过连通器5连通，其连通器具体可为多个圆柱状的孔洞结构，聚集而成。其孔洞的面积约占环节结构单体连接面的一半。

其环节结构单体具体可为一包含空腔结构的薄壁型椭球状腔体，其腔体具有良好的弹性，易压缩。该环节结构3作为运动的主要结构，结构设计巧妙，更是具有良好的弹性，从而能够实现机器人的灵活运动。

所述磁流体库4为一内部包含有空腔6的正方体或长方体结构，其空腔6可以为球状结构，用于容纳磁流体。环节结构3与磁流体库4之间通过连通器连通，其连通器具体可为多个圆柱状的孔洞结构，聚集而成。其孔洞的面积约占环节结构单体连接面的一半。具体的，环节结构3与磁流体库4之间的连通器设置情况与其环节结构单体之间的连通器的设置情况相同，并且其孔洞的前后设置位置呈一条直线通道，从而便于磁流体的流通。

本发明的整个软体机器人结构除电磁铁以及后续注入的磁流体外，其他结构均由硅胶制成，其柔软易压缩，安全无毒，并且基于该特定的结构设置，实现了将磁场内置于其软体机器人中，巧妙的将磁流体与软体机器人结合，从而实现了体积小、驱动简单、灵活性强，能够适应多种环境。

基于上述机器人，本发明还公开了一种模具模型，以及采用该模具模型即可实现本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的制备；

该模具模型包括第一部分和第二部分，如图6及图7所示，第一部分和第二部分形成模腔。其第一部分和其第二部分基于本发明的上述软体机器人为模型创建。

基于上述软体机器人的比例，采用SOLIDWORKS创建本发明的软体机器人模型及其模具模型，然后采用3D打印技术将上述创建的模具模型的第一部分及第二部分打印出来，给其模具的成型面涂一层凡士林用于脱模，然后将30度的医用硅胶PS6600的A、B胶混合制成硅胶，注入其模腔内，然后将其密封，常温将其放置6小时后即可做成一半上述软体机器人模型；重复上述模型的制备工序即可获得另一半机器人模型，使用valigoo硅胶专用粘合剂将上述两个半机器人模型对齐粘好，即可获得本发明的基于铁磁流体驱动的软体机器人的弹性体主体。之后将两个电磁铁分别嵌入其弹性主体的左右两端的相应位置。最后，用针筒将所需的磁流体注入磁流体库中，机器人完成。

本发明的软体机器人运动方式为：作为运动的主要结构——环节结构3，更是具有良好的弹性，以实现机器人的灵活运动。当开始通电时，在电磁铁1的控制下，位于磁流体库4空腔中的磁流体以及环节结构3的空腔中的磁流体通过连通器5向电磁铁处流动。在磁流体向电磁铁流动的过程中，通过连通器5的小孔时会产生向前的力，而与环节结构3内部的空腔以及磁流体库4的空腔接触的磁流体会对其空腔壁产生向前的力，在这多种力的共同作用下，使环节结构3呈压缩状态。当断电时，电磁铁不运作，环节结构即恢复原状。在通电与断电的交替进行过程中，其软体机器人的环节结构在压缩状态与恢复原状这两者状态之间交替进行，从而实现了其软体机器人的向前运动。

在本发明的一个实施例中，其软体机器人的两端设置相同的结构，在其相互配合下，能够使其机器人完成多向运动。

最终压缩环节结构3，电磁铁不运作时，环节结构恢复原状，从而实现向前运动。机器人两头有着相同的结构，相互配合下，能使机器人完成多向运动。

由此可见，本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人不受需外加磁场的条件限制，能更好的适用于各种复杂环境中进行工作，使用的材料安全无毒，结构简单、体积小、驱动简单、灵活性强，能适应多种环境。并且本发明基于铁磁流体驱动的软体机器人的制备方法简单、易操作，适合于批量生产。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理机器、功效和优点，本发明不受上述的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于磁流体驱动的软体机器人，其特征在于，其包括，弹性体主体，所述弹性体主体包括电磁铁容纳部、环节结构以及磁流体库，所述电磁铁容纳部位于所述弹性体主体的左右两端，所述磁流体库位于所述弹性体主体的中间位置，所述环节结构包括多个环节结构单体，所述环节结构单体位于所述电磁铁容纳部以及所述磁流体库之间；所述环节结构与所述磁流体库之间通过连通器连通，位于所述磁流体库中的磁流体通过所述连通器流动；位于所述弹性主体一端的所述电磁铁容纳部与所述磁流体库之间设置有至少两个环节结构单体，所述环节结构单体之间通过连通器连通；通电时，在电磁铁的控制下，位于所述磁流体库的空腔中的磁流体通过所述连通器向电磁铁处流动，所述磁流体通过所述连通器时产生向前的力，与环节结构以及磁流体库接触的磁流体产生向前的力，在多种力的共同作用下，最终压缩环节结构，电磁铁不运作时，环节结构恢复原状，从而实现向前运动。

2.根据权利要求1的所述软体机器人，其特征在于，所述磁流体库为一内部包含有空腔的正方体或长方体结构，所述空腔为球状结构，所述空腔用于容纳磁流体。

3.根据权利要求1的所述软体机器人，其特征在于，所述环节结构单体为一包含空腔结构的薄壁型椭球状腔体，其腔体具有良好的弹性，所述环节结构单体之间通过连通器连通。

4.根据权利要求1的所述软体机器人，其特征在于，所述弹性体主体由硅胶制成，具有良好的柔性。

5.根据权利要求1或4的所述软体机器人，其特征在于，所述电磁铁容纳部呈空心圆柱状腔体，电磁铁可沿其圆柱状腔体裸露出的端面嵌入其中。

6.模具模型，其特征在于，其包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分形成模腔，所述第一部分和所述第二部分基于上述权利要求1至权利要求5任一项的所述软体机器人为模型创建。

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