一种仿生手臂及采用该仿生手臂的机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种仿生手臂及采用该仿生手臂的机器人。所述仿生手臂包括：一仿生手掌，所述仿生手掌包括一个或多个手指，其中，所述手指包括一碳纳米管层以及一与该碳纳米管层层叠设置的二氧化钒层。本发明专利技术的仿生手臂的手指采用碳纳米管层与二氧化钒层复合结构。由于二氧化钒层相变时形变较大，响应速率快，因此该手指具有较大的形变和较快的响应速率。

A bionic arm and a robot using the bionic arm.

The invention relates to a bionic arm and a robot adopting the bionic arm. The bionic arm includes a bionic palm which includes one or more fingers, wherein the finger includes a carbon nanotube layer and a two vanadium oxide layer arranged with the carbon nanotube layer. The finger of the bionic arm adopts a composite structure of a carbon nanotube layer and a two vanadium oxide layer. Because of the large deformation and fast response rate of the two vanadium oxide phase, the finger has larger deformation and faster response rate.

【技术实现步骤摘要】
一种仿生手臂及采用该仿生手臂的机器人
本专利技术涉及一种致动器，尤其涉及一种基于碳纳米管的致动器以及该致动器的应用。
技术介绍
致动器的工作原理为将其它能量转换为机械能，实现这一转换经常采用的途径有三种：通过静电场转化为静电力，即静电驱动；通过电磁场转化为磁力，即磁驱动；利用材料的热膨胀或其它热特性实现能量的转换，即热驱动。现有的热致动器通常是以聚合物为主体的膜状结构，通过电流使聚合物温度升高并导致明显的体积膨胀，从而实现致动。热致动设备的原理决定了电极材料必须具备很好的导电性、柔性和热稳定性。含有碳纳米管的复合材料已被发现可用来制备电热致动复合材料。现有技术提供一种含有碳纳米管的电热致动复合材料，包括柔性高分子基底材料及分散在柔性高分子基底材料中的碳纳米管。含有碳纳米管的电热致动复合材料可以导电，通电以后可发热，发热后，所述含有碳纳米管的电热致动复合材料体积发生膨胀，进而实现弯曲致动。然而，该电热致动复合材料的形变量有限，且响应速率较慢，不利于其进一步应用。
技术实现思路
本专利技术提出一种手指可以实现较大形变量且具有较快响应速率的仿生手臂及采用该仿生手臂的机器人。一种仿生手臂，其包括：一仿生手掌，所述仿生手掌包括一个或多个手指，其中，所述手指包括一碳纳米管层以及一与该碳纳米管层层叠设置的二氧化钒层。如上述仿生手臂，其中，所述碳纳米管层包括多个第一碳纳米管；进一步包括多个第二碳纳米管，所述多个第二碳纳米管设置于所述二氧化钒层内部，从而与所述二氧化钒层形成一复合结构。如上述仿生手臂，其中，所述手指进一步包括一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜设置于所述二氧化钒层内部且与所述碳纳米管层间隔设置，从而与所述二氧化钒层形成一复合结构。如上述仿生手臂，其中，所述碳纳米管膜为多个碳纳米管膜且间隔设置于所述二氧化钒层内部。如上述仿生手臂，其中，所述碳纳米管膜厚度小于30纳米且间隔大于30纳米。如上述仿生手臂，其中，所述碳纳米管膜至少在一个方向的尺寸大于所述二氧化钒层在该方向的尺寸，从而使得所述碳纳米管膜部分延伸到所述二氧化钒层外部，且所述碳纳米管膜延伸到所述二氧化钒层外的部分进一步与所述碳纳米管层接触。如上述仿生手臂，其中，所述手指进一步包括一碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列包括多个碳纳米管平行间隔设置于所述二氧化钒层中；所述碳纳米管阵列中的碳纳米管垂直于所述碳纳米管层设置。如上述仿生手臂，其中，所述碳纳米管阵列中的碳纳米管一端与所述碳纳米管层接触，另一端向远离所述碳纳米管层的方向延伸。如上述仿生手臂，其中，所述手指进一步包括一柔性保护层，所述柔性保护层将所述碳纳米管层或二氧化钒层至少部分包覆。如上述仿生手臂，其中，所述柔性保护层设置于所述二氧化钒层表面，所述柔性保护层具有弹性且可以与所述二氧化钒层一起收缩。如上述仿生手臂，其中，所述碳纳米管层中的多个碳纳米管沿着基本平行于碳纳米管层表面的方向延伸。一种机器人，其包括一身体以及一设置于该身体内的操作系统；所述身体包括一仿生手臂以及一激光器，其中，所述仿生手臂为上述任意一种仿生手臂；所述激光器用于加热该手指。相较于现有技术，本专利技术的仿生手臂的手指采用碳纳米管层与二氧化钒层复合结构。由于二氧化钒层相变时形变较大，响应速率快，因此该手指具有较大的形变和较快的响应速率。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的致动器的结构示意图。图2为本专利技术第一实施例提供的致动器的制备方法流程图。图3为本专利技术第二实施例提供的致动器的结构示意图。图4为本专利技术第二实施例提供的致动器的制备方法流程图。图5为本专利技术第三实施例提供的致动器的结构示意图。图6为本专利技术第三实施例提供的致动器的制备方法流程图。图7为本专利技术第四实施例提供的致动器的结构示意图。图8为本专利技术第四实施例提供的致动器的制备方法流程图。图9为本专利技术第五实施例提供的致动器的结构示意图。图10为本专利技术第六实施例提供的致动系统的结构示意图。图11为本专利技术第六实施例提供的致动系统的制备方法流程图。图12为本专利技术第六实施例制备的致动器的整体扫描电镜(SEM)照片。图13为本专利技术第六实施例制备的致动器的局部放大扫描电镜照片。图14为本专利技术第六实施例制备的致动器的透射电镜(TEM)照片。图15为本专利技术第六实施例制备的致动器EDX(EnergyDispersiveX-ray)光谱。图16为本专利技术第六实施例制备的致动器的拉曼散射普。图17为本专利技术第七实施例提供的致动系统的结构示意图。图18为本专利技术第八实施例提供的致动系统的结构示意图。图19为本专利技术第八实施例制备的致动器的局部放大扫描电镜照片。图20为本专利技术第八实施例制备的致动器的EDS(EnergyDispersiveSpectrometer)能谱。图21为本专利技术第八实施例制备的致动器从32℃加热到46℃时发生弯曲的光学照片。图22为本专利技术第八实施例制备的致动器分别在常温26℃和50℃时的拉曼散射普。图23为本专利技术第九实施例提供的致动系统的结构示意图。图24为本专利技术第十实施例提供的温度感测系统的结构示意图。图25为本专利技术第十一实施例提供的温度感测系统的结构示意图。图26为本专利技术第十一实施例提供的温度感测系统的致动器的扫描电镜照片。图27为采用本专利技术第十一实施例提供的温度感测系统测量人体温度时的测试结果。图28为本专利技术第十三实施例提供的机器人的结构示意图。图29为本专利技术第十三实施例提供的机器人的仿生手臂的光学照片。图30为本专利技术第十三实施例的仿生手臂移动纸片的光学照片。图31为本专利技术第十四实施例提供的仿生昆虫的结构示意图。图32为本专利技术第十四实施例提供的仿生昆虫的光学照片。图33为本专利技术第十四实施例提供的仿生昆虫煽动翅膀的光学照片。图34为本专利技术第十四实施例制备的仿生蝴蝶的光学照片。主要元件符号说明致动系统10,10A,10B,10C致动器11,11A,11B,11C,11D碳纳米管层110二氧化钒层111氧化钒层112碳纳米管膜113碳纳米管阵列114柔性保护层115弹性胶带116碳纳米管层状结构117电极118固定装置12激励装置13电极131电源133基板14凹槽141温度感测系统20,20A电源21电流表22第一电极23第二电极24导热基底25机器人30身体31操作系统32仿生手臂33仿生手掌34激光器35仿生昆虫40躯体41翅膀42如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图详细说明本专利技术提供的致动器，采用该致动器的致动系统以及其他应用。请参见图1，本专利技术第一实施例提供一种致动器11，其包括一碳纳米管层110以及一与该碳纳米管层110层叠设置的二氧化钒层111。所述碳纳米管层110用于发热或吸收热量并将热量传递给所述二氧化钒层111，引起所述二氧化钒层111层沿着平行于其平面的方向，即垂直于厚度的方向，收缩，从而导致该致动器11弯曲。由于所述碳纳米管层110具有较高较快的光热转换效率和电热转换效率，较小的比热容，使得所述种致动器11具有较快的相应速度。所述二氧化钒层111的厚度形状不限，可以根据需要选择和设计。所述二氧化钒层111的厚度可以为100纳米～500微米，优选地厚度为1微米～10微米。当所述二氧化钒层111的厚度为150纳米时，其可见光透过率约为40％左右。所述二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生手臂，其包括：一仿生手掌，所述仿生手掌包括一个或多个手指，其特征在于，所述手指包括一碳纳米管层以及一与该碳纳米管层层叠设置的二氧化钒层。

【技术特征摘要】
1.一种仿生手臂，其包括：一仿生手掌，所述仿生手掌包括一个或多个手指，其特征在于，所述手指包括一碳纳米管层以及一与该碳纳米管层层叠设置的二氧化钒层。2.如权利要求1所述的仿生手臂，其特征在于，所述手指进一步包括一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜设置于所述二氧化钒层内部且与所述碳纳米管层间隔设置，从而与所述二氧化钒层形成一复合结构。3.如权利要求2所述的仿生手臂，其特征在于，所述碳纳米管膜为多个碳纳米管膜且间隔设置于所述二氧化钒层内部。4.如权利要求3所述的仿生手臂，其特征在于，所述碳纳米管膜厚度小于30纳米且间隔大于30纳米。5.如权利要求2所述的仿生手臂，其特征在于，所述碳纳米管膜至少在一个方向的尺寸大于所述二氧化钒层在该方向的尺寸，从而使得所述碳纳米管膜部分延伸到所述二氧化钒层外部，且所述碳纳米管膜延伸到所述二氧化钒层外的部分进一步与所述碳纳米管层接触。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：马赫，魏洋，刘锴，姜开利，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11