CN115339538A - 一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，包括主体、吸附部件和介电驱动部件，主体包括转轴和两个骨架，骨架包括杆体和框体，转轴可转动安装在框体的中部，主体的骨架与转轴配合形成具有四个杆体的剪刀结构，支脚可转动安装在杆体上，静电吸附层设置在支脚上，介电驱动部件的两端分别设置在相邻两个杆体上，通过介电驱动部件的通电和断电，介电驱动部件的扩张和回缩能够驱动骨架相对转轴转动，实现机器人的蠕动。四个杆体上均设置有吸附部件，使机器人无论哪一面与平面接触时，均能够进行蠕动，提高机器人的运动能力。静电吸附层采用静电吸附技术，能够适应不同材料的平面，拓宽了机器人蠕动时对运动平面的适应能力。

Description

一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域，特别涉及一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人。

背景技术

自然界中的生物经过长期的进化，能够充分利用自身结构的特点，适应复杂的环境，实现各式各样的运动。人们以自然界的生物为原型，设计了多种仿生机器人。传统机械往往为刚性结构，且需要电机进行驱动，这导致需要精密复杂的控制以及不可避免的会产生噪音，这些问题在一定的程度上限制了仿生机器人的发展。现有的蠕动机器人通常比较笨重，结构较为复杂，且只有一个运动面，当在某些情况下(如翻转)导致与平面的接触面为非运动面时，机器人无法运动。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种运动能力强、适应环境能力强的基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人。

根据本发明的第一方面实施例的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，包括

主体，所述主体包括转轴和两个骨架，所述骨架包括杆体和框体，所述杆体和所述框体依次连接形成所述骨架，所述转轴可转动安装在所述框体的中部；

吸附部件，所述吸附部件设置在所述杆体上，所述吸附部件包括支脚和静电吸附层，所述静电吸附层设置在所述支脚上，所述支脚可转动安装在所述杆体上；

介电驱动部件，所述介电驱动部件的两端分别设置在相邻两个所述杆体上，以驱动所述骨架相对所述转轴转动。

根据本发明第一方面实施例的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，至少具有如下有益效果：本发明的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，包括主体、吸附部件和介电驱动部件，主体包括转轴和两个骨架，骨架包括杆体和框体，杆体和框体依次连接形成骨架，转轴可转动安装在框体的中部，主体的骨架与转轴配合形成具有四个杆体的剪刀结构，支脚可转动安装在杆体上，静电吸附层设置在支脚上，介电驱动部件的两端分别设置在相邻两个杆体上，通过介电驱动部件的通电和断电，介电驱动部件的扩张和回缩能够驱动骨架相对转轴转动，实现机器人的蠕动。使用介电驱动部件作为驱动元件，能够使机器人的结构简单，适应范围更广。四个杆体上均设置有吸附部件，使机器人无论哪一面与平面接触时，均能够进行蠕动，提高机器人的运动能力。静电吸附层采用静电吸附技术，能够适应如木材、亚克力、玻璃等不同材料的平面，拓宽了机器人蠕动时对运动平面的适应能力。

根据本发明的一些实施例，所述介电驱动部件包括柔性材料层和介电弹性体，所述介电弹性体设置在所述柔性材料层内，所述柔性材料层设置有镂空部，所述介电弹性体朝向所述镂空部的表面涂有碳脂电极。

根据本发明的一些实施例，所述杆体的两侧设置有安装槽，所述支脚设置有安装孔，所述支脚通过所述安装孔与所述安装槽的配合安装在所述杆体上。

根据本发明的一些实施例，所述支脚包括吸附板和设置在所述吸附板两侧的连接部，所述安装孔设置在所述连接部上，所述静电吸附层设置在所述吸附板上。

根据本发明的一些实施例，所述安装孔的孔径大于所述安装槽的直径，以使所述吸附板在重力作用下始终竖直向下。

根据本发明的一些实施例，所述静电吸附层通过粘结固定在所述吸附板上。

根据本发明的一些实施例，所述静电吸附层包括基底、两个电极和聚酰亚胺胶带，两个所述电极设置在所述基底上，所述聚酰亚胺胶带粘贴在所述电极上以隔绝空气。

根据本发明的一些实施例，所述杆体上设置有通槽，所述介电驱动部件的两端分别设置在相邻两个所述杆体的所述通槽内。

根据本发明的一些实施例，所述框体上设置有连接孔，所述杆体固定安装在所述连接孔内。

根据本发明的一些实施例，所述转轴设置为碳纤维材质。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人的结构示意图；

图2是图1所示出的支脚的结构示意图；

图3是本发明一实施例的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人的介电驱动部件断电时的结构示意图；

图4是本发明一实施例的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人的介电驱动部件通电时的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右、内、外等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接、装配、配合等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参照图1至图4描述本发明实施例的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人。

本发明实施例的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，如图1至图4所示，包括主体、吸附部件和介电驱动部件300，主体包括转轴110和两个骨架，骨架包括杆体130和框体120，具体地，杆体130和框体120均设置有两个，两个框体120相对设置，两个杆体130设置在两个框体120之间，杆体130和框体120依次连接形成骨架，转轴110可转动安装在框体120的中部。主体的骨架与转轴110配合形成具有四个杆体130的剪刀结构，四个杆体130上均设置有吸附部件，框体120可相对转轴110转动，使机器人无论哪一面朝下落到平面，杆体130上的吸附部件均能与平面接触，均能实现机器人的蠕动，大幅提高机器人的运动能力。

吸附部件设置在杆体130上，吸附部件包括支脚210和静电吸附层，静电吸附层设置在支脚210上，支脚210可转动安装在杆体130上。当机器人落到平面上时，支脚210上的静电吸附层与平面接触，静电吸附层采用静电吸附技术，能够适应如木材、亚克力、玻璃等不同材料的平面，拓宽了机器人蠕动时对运动平面的适应能力。机器人的两个支脚210与平面接触，对机器人进行支撑，两个支脚210上的静电吸附层能够吸附在平面上，当机器人需要蠕动时，通过对两个支脚210上的静电吸附层进行交替通断电，能够使机器人落在平面上的两个支脚210交替向前运动，实现机器人的向前蠕动。

介电驱动部件300的两端分别设置在相邻两个杆体130上，以驱动骨架相对转轴110转动。介电驱动部件300的两端分别设置在相邻两个杆体130上，对介电驱动部件300进行通电或断电，能够对介电驱动部件300的扩张和收缩进行控制，介电驱动部件300的两端分别设置在相邻两个杆体130上，相邻杆体130的相对运动能够驱动框体120相对转轴110转动，实现机器人的蠕动。使用介电驱动部件300作为驱动元件，能够使机器人的结构简单，适应范围更广。

具体地，对机器人落在平面上的两个支脚210进行定义，以接近运动方向一侧的支脚210作为前脚，以远离运动方向一侧的支脚210作为后脚，机器人蠕动时，介电驱动部件300与后脚通电，前脚断电，此时后脚依靠静电吸附层的吸附力吸附在平面上，参照图4，介电驱动部件300通电后角度变大，带动框体120相对转轴110运动，由于后脚被吸附，后脚与平面之间的摩擦力远大于前脚与平面之间的摩擦力，框体120带动前脚向前移动。当后脚和介电驱动部件300断电时，前脚通电，此时前脚与运动平面吸附，参照图3，介电驱动部件300在断电状态下恢复初始角度，介电驱动部件300通电后角度变小，带动框体120相对转轴110运动，由于前脚被吸附，前脚与平面之间的摩擦力远大于后脚与平面之间的摩擦力，导致后脚被框体120带动向前。以此往复，通过施加周期性的电信号，可以实现机器人的蠕动前进。通过交换前脚、后脚可以实现机器人的前进与后退。

另外，本发明采用模块化设计，具有很强的替换性与拓展性。本发明实施例的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人主要包括主体、吸附部件和介电驱动部件300，主体包括转轴110和两个骨架，吸附部件包括支脚210和静电吸附层，当任何一个模块发生故障时，可以方便地进行局部更换，而无需整体报废。

根据本发明的一些实施例，介电驱动部件300包括柔性材料层和介电弹性体，介电弹性体设置在柔性材料层内，柔性材料层设置有镂空部，介电弹性体朝向镂空部的表面涂有碳脂电极。需要说明的是，在一些实施例中，柔性材料层设置为PET材料，在PET材料设置镂空部，将介电弹性体设置在镂空部内。具体地，在介电驱动部件300的制作过程中，首先是对介电弹性体(VHB4910)在长和宽方向进行4.5*4.5倍的预拉伸，拉伸完以后将两层介电弹性体进行粘合，并在介电弹性体的上方和下方分别对镂空的PET材料以及PET加强筋进行粘合。在预应力的作用下，介电弹性体使得镂空的柔性PET材料发生近90度的弯曲变形，对位于镂空部的介电弹性体两侧涂上碳脂电极，并布置好导线，得到一个完整的介电驱动部件300。参照图3，在未通电状态下，介电驱动部件300呈现近似90度的夹角，参照图4，当施加高压电时，介电弹性体预应力减小，柔性材料层的回复力大于介电弹性体的变形力，导致介电驱动部件300角度增大，施加的电压越高，介电弹性体驱动器的角度越大。

参照图1和图2，根据本发明的一些实施例，杆体130的两侧设置有安装槽131，支脚210设置有安装孔211，支脚210通过安装孔211与安装槽131的配合安装在杆体130上。杆体130两侧设置有安装槽131，支脚210设置有用于与安装槽131配合的安装孔211，安装孔211能够装入安装槽131内，将支脚210可转动安装在杆体130上。支脚210可相对杆体130转动，使得支脚210能够转动至与地面接触，便于静电吸附层与地面接触并吸附，对机器人进行支撑。

根据本发明的一些实施例，支脚210包括吸附板212和设置在吸附板212两侧的连接部213，安装孔211设置在连接部213上，静电吸附层设置在吸附板212上。连接部213设置在吸附板212的两侧，安装孔211设置在连接部213上，连接部213通过安装孔211安装在杆体130的安装槽131内，吸附板212

具体地，根据本发明的一些实施例，安装孔211的孔径大于安装槽131的直径，以使吸附板212在重力作用下始终竖直向下。安装孔211的孔径大于安装槽131的直径，支脚210包括吸附板212和连接部213，连接部213用于将支脚210可转动安装在杆体130上，吸附板212的质量较大，支脚210可相对杆体130转动，质量较大的吸附板212在重力作用下带动支脚210转动，使吸附板212上设置有静电吸附层的一端总是竖直向下，以便于静电吸附层对平面进行吸附，实现机器人的蠕动前进。

根据本发明的一些实施例，静电吸附层通过粘结固定在吸附板212上。静电吸附层粘结在吸附板212上，具体地，静电吸附层通过胶水或双面胶粘结在吸附板212上，既能保证静电吸附层的完整，又能简单快速地实现静电吸附层与吸附板212的连接固定。

根据本发明的一些实施例，静电吸附层包括基底、两个电极和聚酰亚胺胶带，两个电极设置在基底上，聚酰亚胺胶带粘贴在电极上以隔绝空气。两个电极设置在基底上，两个电极之间保持2mm的距离，聚酰亚胺胶带粘贴在电极上，能够对电极之间的空气进行隔绝，防止两个电极之间发生击穿。

根据本发明的一些实施例，杆体130上设置有通槽132，介电驱动部件300的两端分别设置在相邻两个杆体130的通槽132内。介电驱动部件300设置在通槽132内，具体地，骨架包括杆体130和框体120，杆体130和框体120均设置有两个，两个框体120相对设置，两个杆体130设置在两个框体120之间，杆体130和框体120依次连接形成骨架，介电驱动部件300的两端分别设置在相邻两个杆体130的通槽132内，能够对两个骨架进行连接，介电驱动部件300的扩张和收缩能够带动杆体130运动，从而带动两个骨架的框体120相对转轴110转动，实现机器人的蠕动。

根据本发明的一些实施例，框体120上设置有连接孔121，杆体130固定安装在连接孔121内。框体120设置有若干连接孔121，连接孔121均布在框体120上，杆体130固定在框体120两端的连接孔121内，能够实现杆体130和框体120的固定连接。

根据本发明的一些实施例，转轴110设置为碳纤维材质。转轴110设置为碳纤维材质，转轴110可转动安装在两个框体120之间，杆体130与框体120固定连接，介电驱动部件300设置在相邻两个杆体130之间，两个框体120能够在介电驱动部件300的作用下相对转轴110转动，实现机器人的蠕动。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，包括：

主体，所述主体包括转轴和两个骨架，所述骨架包括杆体和框体，所述杆体和所述框体依次连接形成所述骨架，所述转轴可转动安装在所述框体的中部；

吸附部件，所述吸附部件设置在所述杆体上，所述吸附部件包括支脚和静电吸附层，所述静电吸附层设置在所述支脚上，所述支脚可转动安装在所述杆体上；

介电驱动部件，所述介电驱动部件的两端分别设置在相邻两个所述杆体上，以驱动所述骨架相对所述转轴转动。

2.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述介电驱动部件包括柔性材料层和介电弹性体，所述介电弹性体设置在所述柔性材料层内，所述柔性材料层设置有镂空部，所述介电弹性体朝向所述镂空部的表面涂有碳脂电极。

3.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述杆体的两侧设置有安装槽，所述支脚设置有安装孔，所述支脚通过所述安装孔与所述安装槽的配合安装在所述杆体上。

4.根据权利要求3所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述支脚包括吸附板和设置在所述吸附板两侧的连接部，所述安装孔设置在所述连接部上，所述静电吸附层设置在所述吸附板上。

5.根据权利要求4所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述安装孔的孔径大于所述安装槽的直径，以使所述吸附板在重力作用下始终竖直向下。

6.根据权利要求4所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述静电吸附层通过粘结固定在所述吸附板上。

7.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述静电吸附层包括基底、两个电极和聚酰亚胺胶带，两个所述电极设置在所述基底上，所述聚酰亚胺胶带粘贴在所述电极上以隔绝空气。

8.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述杆体上设置有通槽，所述介电驱动部件的两端分别设置在相邻两个所述杆体的所述通槽内。

9.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述框体上设置有连接孔，所述杆体固定安装在所述连接孔内。

10.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动的仿生蠕动机器人，其特征在于，所述转轴设置为碳纤维材质。

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