一种基于钕铁硼的有机复合材料、仿蛙软体机器人及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于钕铁硼的有机复合材料、仿蛙软体机器人及其制备方法。复合材料由钕铁硼、共晶镓铟和聚二甲基硅氧烷复合制成。软体机器人呈“H”形结构，其材质为经过充磁的上述有机复合材料，软体机器人位于同一端两个端头的极性以及位于同一侧两个端头的极性均相反。本发明专利技术采用EGaIn/NdFeB/PDMS三种基础材料，优化柔性复合膜的形状、尺寸、配比和制造工艺，使其作为柔性机器人的基底能够发挥高性能优势。能优势。能优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钕铁硼的有机复合材料、仿蛙软体机器人及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种基于钕铁硼的有机复合材 料、仿蛙软体机器人及其制备方法。

技术介绍

[0002]一般的刚性机器人主要是由一定强度的硬质材料经过结构化设计，再通 过模块化的机械运动副，由刚性连接器与外壳制作而成，多使用马达作为动力装 置驱动，其具有控制精度高、运行速率快以及输出力大等优势，但是传统机器人 具有结构较为固定、结构复杂、不够灵活、运动笨重、惯性大等缺点，这些缺点 限制了传统机器人在一定范围内的应用，使得它在一些特殊环境中无法精准控制 运动、适应空间形状复杂的通道、通过狭小的空间等，因此刚性机器人的环境适 应能力较差。近些年来，为了解决刚性机器人的种种缺点与不足，仿生技术与智 能材料的研究逐渐深入，研究者们以自然界中的软体动物为参考研究的原始模 型，提出了软体机器人的概念。软体机器人多采用高聚复合材料、液态金属合金、 永磁材料、高分子化合物等柔性材料复合而成，制作过程中柔性材料的使用使得 软体机器人的整体质量较轻，可以通过模仿生物结构构造、生物运动模式，在运 动过程中通过改变原有的结构形状及尺寸，使其能够拥有更多的自由度和多种模 式进行驱动，实现爬行、跳跃、扭转、抓取等动作操作。与传统的刚性机器人相 比软体机器人具有了更好的灵敏性、可拉伸性、环境适应性。
[0003]软体机器人在不断被研究、发展的过程中也伴随着一系列的问题、机遇 与挑战，对研制出的新型软体结构对制造材料、驱动技术及感应技术的要求越来 越高，当前使用的制作材料还存在许多问题，并不能完全满足所要实现的功能要 求，软材料的研究与使用过程中不可忽视韧性差、负载能力低、刚性差等问题， 这引起了国内外研究学者的关注，要想使材料在拥有更好柔性的同时具有较高的 韧性依然是一个要不断去深入研究的问题。此外传统材料对于软体机器人的可伸 展性、柔韧性以及扭转性已无法很好的应用，所以新型材料的研制成为一个仍需 解决的新问题，这些问题为逐步研究软体机器人提供了新的方向与对策。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为解决现有技术中存在的问题，提供一种基于钕铁硼的 有机复合材料、仿蛙软体机器人及其制备方法。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种基于钕 铁硼的有机复合材料，该材料由钕铁硼、共晶镓铟和聚二甲基硅氧烷复合制成。
[0006]作为本专利技术一种有机复合材料的进一步优化：材料中钕铁硼、共晶镓铟 和聚二甲基硅氧烷的含量之比为10:2
‑
8:2
‑
8。
[0007]一种基于钕铁硼的有机复合材料的制备方法：将钕铁硼和共晶镓铟加入 乙醇中，
搅拌均匀，然后加热使乙醇完全挥发，待冷却至室温后加入聚二甲基硅 氧烷，经高速搅拌后，即制得有机复合材料。
[0008]作为本专利技术一种基于钕铁硼的有机复合材料的制备方法的进一步优化： 聚二甲基硅氧烷由质量比为10:1的预聚物和交联剂聚合得到。
[0009]作为本专利技术一种基于钕铁硼的有机复合材料的制备方法的进一步优化： 高速搅拌时的搅拌速度为1200
‑
1500r/min。
[0010]作为本专利技术一种基于钕铁硼的有机复合材料的制备方法的进一步优化： 两次搅拌的搅拌时间均不低于20min。
[0011]一种基于钕铁硼的软体机器人，该软体机器人呈“H”形结构，其材质 为经过充磁的上述有机复合材料，软体机器人位于同一端两个端头的极性以及位 于同一侧两个端头的极性均相反。
[0012]一种基于钕铁硼的软体机器人的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)、将有机复合材料放入真空干燥箱烘干，去除材料中的气泡；
[0014]2)、使用激光雕刻机将聚甲基丙烯酸甲酯板雕刻成为浇注模具；
[0015]3)、将除完气泡的有机复合材料缓慢倒入模具中，并置于烤箱中进行固 化处理，得到无磁软体机器人；
[0016]4)、利用充磁机对于无磁软体机器人的两端进行不同方向的充磁，得到 基于钕铁硼的软体机器人
[0017]作为本专利技术一种基于钕铁硼的软体机器人的制备方法的进一步优化：固 化处理过程中烤箱的温度设置为70℃，固化时间为20min。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用EGaIn/NdFeB/PDMS三种基础材 料，优化柔性复合膜的形状、尺寸、配比和制造工艺，使其作为柔性机器人的基 底能够发挥高性能优势。
附图说明
[0019]图1为本专利技术软体机器人制备工艺流程示意图；
[0020]图2为<实施例1>中制备得到有机复合材料的SEM照片；
[0021]图3为<对比例1>中制备得到有机复合材料的SEM照片；
[0022]图4为制备得到的七种柔性复合薄膜的实物照片；
[0023]图5为不同混合比下薄膜的应力
‑
应变曲线及质构仪实操图；
[0024]图6为不同混合比下薄膜的弹性模量；
[0025]图7为不同混合比下复合膜处理72小时后不同比例复合膜的溶胀度；
[0026]图8为不同混合比下复合膜的交联密度；
[0027]图9为不同混合比下复合膜的撕裂能数据；
[0028]图10为柔性薄膜的温度/体积
‑
时间曲线；
[0029]图11为柔性薄膜在不同材质平板上的位移—时间曲线图；
[0030]图12为60GS和40GS外磁场下，控制信号频率与软体机器人速度的关 联曲线图；
[0031]图13为在三维亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场交替作用下，哑铃型柔性复 合薄膜的运动模式图；
[0032]图14为在三维亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场交替作用下，H型柔性复合 薄膜的运动模式图；
[0033]图15为哑铃型柔性复合薄膜在均匀三维亥姆霍兹线圈磁场的作用下速 度
‑
时间的拟合曲线图；
[0034]图16为H型柔性复合薄膜在均匀三维亥姆霍兹线圈磁场的作用下速度
‑ꢀ
时间的拟合曲线图。
具体实施方式
[0035]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但 本专利技术的内容并不局限于下面的实施例。
[0036]<实施例1>
[0037]一种基于钕铁硼的软体机器人的制备方法：包括以下步骤：
[0038]1)、首先称量0.4g的EGaln、0.2g的NEP和0.86g Ethanol，并将它们放 在一个小烧杯中，之后，手动搅匀上述材料，时间30分钟。
[0039]2)、加热使乙醇完全挥发，冷却至室温后，加入1g的PDMS(预聚物A 和交联剂B的比例为10:1)，然后利用可调节的高速搅拌器搅拌混合物30分钟， 得到有机复合材料，其电镜照片如图2所示。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钕铁硼的有机复合材料，其特征在于，该材料由钕铁硼、共晶镓铟和聚二甲基硅氧烷复合制成。2.如权利要求1所述有机复合材料，其特征在于，材料中钕铁硼、共晶镓铟和聚二甲基硅氧烷的含量之比为10:2
‑
8:2
‑
8。3.如权利要求1所述有机复合材料的制备方法，其特征在于，将钕铁硼和共晶镓铟加入乙醇中，搅拌均匀，然后加热使乙醇完全挥发，待冷却至室温后加入聚二甲基硅氧烷，经高速搅拌后，即制得有机复合材料。4.如权利要求3所述有机复合材料的制备方法，其特征在于，聚二甲基硅氧烷由质量比为10:1的预聚物和交联剂聚合得到。5.如权利要求3所述有机复合材料的制备方法，其特征在于，高速搅拌时的搅拌速度为1200
‑
1500r/min。6.如权利要求3或5所述有机复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：关炎芳，刘彦胜，史菲凡，吕锋，原茂森，骆庆，胡宇昂，崔堂勇，张书凯，尚艺杰，李武杰，王宗才，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：