微型柔性机器人及系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种微型柔性机器人及系统，包括：驱动层、位于驱动层上的上结构层、位于驱动层下的下结构层，其中，驱动层包括驱动薄膜，位于驱动薄膜上侧的上金属层和位于驱动薄膜下侧的下金属层；上结构层包括上层腿部和具有镂空结构的上层躯干部，所述上层躯干部粘接至所述上金属层的上表面；下结构层包括下层躯干部、下层腿部和尾部，所述下层躯干部粘接至所述下金属层的下表面。本实用新型专利技术提出的微型柔性机器人运动控制灵活。

Micro flexible robot and system

【技术实现步骤摘要】
微型柔性机器人及系统
本技术涉及的是微型机器人领域，特别涉及一种微型柔性机器人及系统。
技术介绍
随着机器人技术及传感器技术的发展，微型机器人由于其小型化、轻量化及高度功能集成等特点在救灾、探测、环境监测等领域越来越得到重视与发展。与昆虫重量与体积相似的微型机器人，具有能够在管道内或者狭缝中移动的能力，通过其搭载的不同类型的诸如气体、光线、声音等传感器完成对周围环境的探测感知，并且通过无线方式将信号传输至基站，通过多机器人组网，完成对复杂环境的探测和建模。微型机器人可以广泛应用于地下管道危险气体泄漏检测，抗震救灾与军事监听等领域。现有的微型机器人依据其结构的不同，可以分为硬质框架结构微型机器人与全微型柔性机器人。微型柔性机器人相对于非微型柔性机器人具有更高的鲁棒性以及压力承载恢复特性，能够在受到外部撞击及碾压的情况后仍然保持一定的运动机能。为获得更高的运动性能，一般从柔性材料及柔性结构进行研究。但目前微型柔性机器人运动控制不够灵活。
技术实现思路
本技术提供一种微型柔性机器人，运动控制灵活，该微型柔性机器人包括：驱动层、位于驱动层上的上结构层、位于驱动层下的下结构层，其中，驱动层包括驱动薄膜，位于驱动薄膜上侧的上金属层和位于驱动薄膜下侧的下金属层；上结构层包括上层腿部和具有镂空结构的上层躯干部，所述上层躯干部粘接至所述上金属层的上表面；下结构层包括下层躯干部、下层腿部和尾部，所述下层躯干部粘接至所述下金属层的下表面。本技术提供一种微型柔性机器人系统，运动控制灵活，该微型柔性机器人系统包括上述微型柔性机器人和传感器，其中，所述传感器设于所述微型柔性机器人上，用于在所述微型柔性机器人的移动过程中探测外部信号。在本技术实施例中，驱动层包括驱动薄膜，位于驱动薄膜上侧的上金属层和位于驱动薄膜下侧的下金属层；上结构层包括上层腿部和具有镂空结构的上层躯干部，所述上层躯干部粘接至所述上金属层的上表面；下结构层包括下层躯干部、下层腿部和尾部，所述下层躯干部粘接至所述下金属层的下表面。由于本技术实施例提出的微型柔性机器人的上结构层的上层躯干部具有镂空结构，当驱动层被施加电压时，微型柔性机器人开始振动，通过该镂空结构传递到上层腿部，可形成不同的振动模态，使得上层腿部出现了不对称的运动状态，实现了微型柔性机器人的灵活运动。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。在附图中：图1为本技术实施例中微型柔性机器人的结构示意图；图2为本技术实施例提出的微型柔性机器人进行探测的路径；图3为本技术实施例提出的微型柔性机器人的成品示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本技术实施例做进一步详细说明。在此，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，但并不作为对本技术的限定。图1为本技术实施例中微型柔性机器人的结构示意图，如图1所示，该微型柔性机器人包括：驱动层1、位于驱动层1上的上结构层2、位于驱动层1下的下结构层3，其中，驱动层1包括驱动薄膜4，位于驱动薄膜4上侧的上金属层5和位于驱动薄膜4下侧的下金属层6；上结构层2包括上层腿部7和具有镂空结构的上层躯干部8，所述上层躯干部8粘接至所述上金属层5的上表面；下结构层3包括下层躯干部9、下层腿部10和尾部11，所述下层躯干部9粘接至所述下金属层6的下表面。在本技术实施例中，微型柔性机器人的上结构层的上层躯干部具有镂空结构，当驱动层被施加电压时，微型柔性机器人开始振动，通过该镂空结构传递到上层腿部，可形成不同的振动模态，使得上层腿部出现了不对称的运动状态，实现了微型柔性机器人的灵活运动。另外，以上的结构的尾部11可以控制微型柔性机器人的平衡。在一实施例中，所述上层腿部7和下层腿部10为可折叠结构；上层腿部7与上层躯干部8的夹角范围为[20度，90度]；下层腿部10与下层躯干部9的夹角范围为[20度，90度]。以上较大的夹角范围可使得微型柔性机器人通过腿部自由灵活的移动，且以上结构可以通过微加工工艺来实现。在一实施例中，上层腿部7有两个，分别位于上层躯干部8的中轴线的对称两侧；下层腿部10有两个，分别位于下层躯干部9的中轴线的对称两侧。具体实施时，4条腿部可使得微型柔性机器人轻松地支撑起躯干部，使得微型柔性机器人灵活移动。在一实施例中，所述镂空结构相对于上层躯干部8的中轴线非对称分布。具体实施时，镂空结构可以达到如下效果：当驱动层被施加电压时，微型柔性机器人开始振动，通过该镂空结构传递到上层腿部，可形成不同的振动模态，使得上层腿部出现了不对称的运动状态，实现了微型柔性机器人的灵活运动。因此，未达到更好地不对称运动的效果，使得上层躯干部8上面的镂空结构非对称分布，使得微型柔性机器人开始振动时，腿部形成更好地形成不对称运动。在一实施例中，所述镂空结构为六边形镂空阵列、圆形镂空阵列、三角形镂空阵列、三角形镂空阵列或矩形镂空阵列。以上镂空结构仅为举例，还可以包括其他形状的镂空阵列，相关变化例均应落入本技术的保护范围。另外，镂空结构中每个图形单元(例如，每个六边形)的尺寸范围为[10微米，500微米]。在一实施例中，微型柔性机器人还包括上粘性层12和下粘性层13；所述上层躯干部8通过上粘性层12粘接至所述上金属层5的上表面；所述下层躯干部9通过下粘性层13粘接至所述下金属层6的下表面。上粘性层12和下粘性层13可使得上结构层2和下结构层3与驱动层1形成一个整体。在一实施例中，粘性层厚度范围为[10微米，100微米]。合适的粘性层厚度使得上结构层2和下结构层3与驱动层1粘结牢固且重量不大，有利于微型柔性机器人的整体运动。在一实施例中，驱动薄膜4采用柔性压电材料。在一实施例中，所述柔性压电材料为PVDF或者稀土压电陶瓷。在一实施例中，所述柔性压电材料厚度范围为[1微米，200微米]。以上柔性压电材料可使得驱动薄膜4的厚度小，从而使微型柔性机器人的质量轻、体积小。在一实施例中，所述上金属层5和所述下金属层6采用Au、Ag、Mg、Pd、Ti和Al材料中的其中一种或任意组合。在一实施例中，所述上金属层5和所述下金属层6的厚度范围为[10纳米，100纳米]。上金属层5和下金属层6的所用材料和厚度可使得上金属层5和所述下金属层6的厚度小，从而使微型柔性机器人的质量轻、体积小。在一实施例中，所述上结构层2和所述下结构层3采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型柔性机器人，其特征在于，包括：驱动层(1)、位于驱动层(1)上的上结构层(2)、位于驱动层(1)下的下结构层(3)，其中，/n驱动层(1)包括驱动薄膜(4)，位于驱动薄膜(4)上侧的上金属层(5)和位于驱动薄膜(4)下侧的下金属层(6)；/n上结构层(2)包括上层腿部(7)和具有镂空结构的上层躯干部(8)，所述上层躯干部(8)粘接至所述上金属层(5)的上表面；/n下结构层(3)包括下层躯干部(9)、下层腿部(10)和尾部(11)，所述下层躯干部(9)粘接至所述下金属层(6)的下表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种微型柔性机器人，其特征在于，包括：驱动层(1)、位于驱动层(1)上的上结构层(2)、位于驱动层(1)下的下结构层(3)，其中，
驱动层(1)包括驱动薄膜(4)，位于驱动薄膜(4)上侧的上金属层(5)和位于驱动薄膜(4)下侧的下金属层(6)；
上结构层(2)包括上层腿部(7)和具有镂空结构的上层躯干部(8)，所述上层躯干部(8)粘接至所述上金属层(5)的上表面；
下结构层(3)包括下层躯干部(9)、下层腿部(10)和尾部(11)，所述下层躯干部(9)粘接至所述下金属层(6)的下表面。


2.如权利要求1所述的微型柔性机器人，其特征在于，所述上层腿部(7)和下层腿部(10)为可折叠结构；
上层腿部(7)与上层躯干部(8)的夹角范围为[20度，90度]；
下层腿部(10)与下层躯干部(9)的夹角范围为[20度，90度]。


3.如权利要求1所述的微型柔性机器人，其特征在于，上层腿部(7)有两个，分别位于上层躯干部(8)的中轴线的对称两侧；
下层腿部(10)有两个，分别位于下层躯干部(9)的中轴线的对称两侧。


4.如权利要求1所述的微型柔性机器人，其特征在于，所述镂空结构相对于上层躯干部(8)的中轴线非对称分布。


5.如权利要求1所述的微型柔性机器人，其特征在于，所述镂空结构为六边形镂空阵列、圆形镂空阵列、三角形镂空阵列、三角形镂空阵列或矩形镂空阵列。


6.如权利要求1所述的微型柔性机器人，其特征在于，还包括上粘性层(12)和下粘性层(13)；
所述上层躯干部(8)通过上粘性层(12)粘接至所述上金属层(5)的上表面；
所述下层躯干部(9)通过下粘性层(13)粘接至所述下金属层(6)的下表面。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张旻，梁家铭，吴一川，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：新型
国别省市：广东;44