一种仿生软体蛇形机器人的驱动关节制造技术

本发明专利技术公开了一种仿生软体蛇形机器人的驱动关节，其包括第一模块，第二模块，第三模块，硅胶管，波纹管，其中第一模块包括上层亚克力板，五层驱动单元，下层亚克力板，每个驱动单元包括上层电极，上层封膜，绝缘油液，下层封膜，下层电极，其中上下层电极分别印刷于上下层封膜表面，上层封膜与下层封膜的侧边密封连接，形成闭合的容纳空间，容纳空间中设有绝缘油液；其中，硅胶管分别连接三个模块的上下层亚克力板，硅胶管位于三个模块的中心。本发明专利技术提供一种仿生软体蛇形机器人的驱动关节，通过对不同方向驱动单元的单独控制实现三个方向的弯曲，其具有纯软体的结构与优秀的弯曲效果；当蛇形机器人运动时，软体结构的多关节的连接可以实现不同部位不同角度不同方向的弯曲，从而让蛇形机器人灵活移动。从而让蛇形机器人灵活移动。从而让蛇形机器人灵活移动。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生软体蛇形机器人的驱动关节


[0001]本专利技术涉及软体机器人领域，特别涉及一种仿生软体蛇形机器人的驱动关节。

技术介绍

[0002]相比于同类哺乳动物，蛇在各种地形尤其是狭窄的空间内，柔软的身体可以使其灵活移动，甚至可以在多种运动模式之间快速转换，因此各类蛇形机器人被建造去实现蛇的出色的移动能力。目前的蛇形机器人大多数为刚性驱动，然而这会增加机器人的尺寸和重量，同时还会使控制策略和结构复杂化。软体机器人以其柔顺的材料与简单的结构，展示了生物般的灵活性、适应性以及抗撞击能力，并且生物灵活的运动与姿态为软体机器人提供了大量的设计灵感。目前的软体蛇形机器人以气动为主，但气动机器人的运动平稳性较差，速度难以控制，且需要复杂的气泵系统等配套设施。总而言之，现有的蛇形机器人结构复杂，控制模式复杂，且拥有较大的体积和重量，而软体蛇形机器人则大多为气动，抗干扰能力较差，速度难以精确控制，且难以摆脱气泵等配套设施。

技术实现思路

[0003]本专利技术设计了一种仿生软体蛇形机器人驱动关节，该关节由极简的HASEL驱动器堆叠组成。HASEL人工肌肉是一种多功能新技术，将静电力和液压力相结合，从而实现较好的整体肌肉性能、自我感知变形状态的能力以及从电损伤中自我修复的能力。通过堆叠，将单个HASEL驱动单元的轴向应变叠加，通过结构设计将轴向应变转换为朝指定方向的弯曲，对处于三个方向的驱动器电极进行单独控制，完成关节向不同方向的弯曲运动；该关节具有软体结构，体积较小，当其作为软体蛇形机器人的驱动关节时，可以实现不同部位三个方向不同角度的z弯曲，从而实现蛇形机器人的灵活移动。
[0004]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种仿生软体蛇形机器人驱动关节，包括：
[0006]单个驱动器，其包括上层柔性电极、上层封膜、下层柔性电极、下层封膜、绝缘油液，所述上层柔性电极和下层柔性电极分别分布于上层封膜和下层封膜的一侧，所述上层封膜与下层封膜的侧边密封连接，形成闭合容纳空间，绝缘油液位于所述闭合容纳空间中；
[0007]单层驱动器，其包括六个HASEL驱动器模块，所述六个驱动器模块每两个为一组，每组驱动器电极一侧相邻，所述三组驱动器呈等角度圆周排列；
[0008]驱动器模块，其包括五个单层驱动器、三个硅胶管、两个亚克力板，所述五个单层驱动器垂直堆叠，所述两个亚克力板均有三个圆周排列的孔，且上下相互对齐，同时亚克力板分别位于五个单层驱动器的上下两侧，所述三个硅胶管分别连接上下亚克力板上的三个孔；
[0009]仿生驱动关节，其包括三个驱动器模块，所述三个驱动器模块垂直堆叠，形成三堆驱动器；
[0010]进一步地，所述上层柔性电极，下层柔性电极为石墨烯柔性电极，
[0011]进一步地，所述上层封膜，下层封膜均为TPU薄膜，两层TPU薄膜侧边环形区域通过高温密封连接。
[0012]本专利技术在使用时，单个驱动器模块的上层柔性电极与下层柔性电极所施加的电压极性相反，大小相等，确定弯曲方向后，通过两个步骤实现定向定角度弯曲，此处以通过第一堆驱动器实现弯曲为例：首先，先激活第一堆驱动器上的所有驱动器的上下电极，上下电极相互吸引，将两电极间的液体向无电极区域挤压，使无电极区域鼓起，实现轴向应变，由于亚克力板的原因，第一堆驱动器方向的亚克力板升高，其他位置不变，从而使亚克力板产生倾斜，使整个关节实现弯曲；通过所述多电极单独控制的方法对剩余两堆驱动器的电极进行控制，即可完成平面坐标系三个方向的弯曲。
[0013]本专利技术的有益效果为：本专利技术使用新型人工肌肉HASEL作为驱动单元，使仿生关节具有更大的驱动应变，同时因为液体介质的原因，驱动器能够在多次介质击穿后立即恢复功能，实现自我修复；将HASEL的电极设计为扇形，这样可以提高关节处的空间利用率，并留出关节中间脊柱的空间；将HASEL液袋的变形区域设计为矩形，这样可以在保证驱动应变的同时使液袋鼓起后为规则的形状，利于堆叠；将驱动模块之间用亚克力板隔开，给驱动单元提供支撑的同时实现关节的完弯曲，并且利用三个硅胶管将亚克力板两两连接，这样可以使驱动单元在变形后利用硅胶管的弹性及时回弹。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅以通过第一堆驱动器实现弯曲为实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术的关节未挤压状态的结构示意图；
[0016]图2为本专利技术的关节未挤压状态的俯视图；
[0017]图3为本专利技术的关节未挤压状态的侧视图；
[0018]图4为本专利技术的关节挤压状态的结构示意图；
[0019]图5为本专利技术的关节挤压状态的侧视图；
[0020]图6为本专利技术的多关节结构示意图；
[0021]图7为本专利技术的爆炸结构示意图；
[0022]图8为本专利技术的驱动模块的爆炸结构示意图；
[0023]图9为本专利技术的驱动单元的结构示意图；
[0024]图10为本专利技术的驱动单元的俯视图；
[0025]图11为本专利技术的驱动单元的爆炸结构示意图；
[0026]图12为本专利技术的驱动单元的前视图；
[0027]图13为图10的A
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A剖视图；
[0028]图14为本专利技术的驱动单元挤压状态下的A
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A剖视图；
[0029]图15为图14中I处局部放大图；
[0030]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0031]10
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第一模块，20
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第二模块，30
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第三模块，4
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硅胶管，5
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波纹管，11
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第一模块上层
亚克力板，12
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第一模块第一层驱动单元，13
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第一模块第二层驱动单元，14
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第一模块第三层驱动单元，15
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第一模块第四层驱动单元，16
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第一模块第五层驱动单元，17
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第一模块下层亚克力板，121
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第一模块第一层驱动单元第一驱动单元，122
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第一模块第一层驱动单元第二驱动单元，123
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第一模块第一层驱动单元第三驱动单元，124
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第一模块第一层驱动单元第四驱动单元，125
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第一模块第一层驱动单元第五驱动单元，126
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第一模块第一层驱动单元第六驱动单元，1211
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第一模块第一层驱动单元第一驱动单元上层柔性电极，1212
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第一模块第一层驱动单元第一驱动单元上层封膜，1213
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第一模块第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生软体蛇形机器人的驱动关节，其特征在于：包括第一模块(10)、第二模块(20)、第三模块(30)、硅胶管(4)、波纹管(5)；所述第一模块(10)包括上层亚克力板(11)，第一层动单元(12)，第二层驱动单元(13)，第三层驱动单元(14)，第四层驱动单元(15)，第五层驱动单元(16)，下层亚克力板(17)；所述第一层驱动单元(12)包括第一驱动单元(121)，第二驱动单元(122)，第三驱动单元(123)，第四驱动单元(124)，第五驱动单元(125)，第六驱动单元(126)；所述第一驱动单元(121)包括上层柔性电极(1211)，上层封膜(1212)，绝缘油液(1213)，下层封膜(1214)，下层柔性电极1215)，上层柔性电极(1211)与下层柔性电极(1215)分别印刷在上层封膜(1212)与下层封膜(1214)的表面，上层封膜(1212)与下层封膜(1214)密封连接，中间形成闭合的容纳空间；所述绝缘油液(1213)填充于上层封膜(1212)与下层封膜(1214)之间闭合的容纳空间中；所述硅胶管(4)分别固定在第一模块(10)，第二模块(20)，第三模块(30)的上层亚克力板和下层亚克力板的固定位置；所述波...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐，曹琪，朱信宇，陈晨，蒲华燕，罗均，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：