一种仿生海星软体机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种仿生海星软体机器人，包括躯体、驱动系统和控制系统；躯体外侧设有多个呈轴对称分布的腕足，躯体与多个腕足为弹性材料一体制成；驱动系统包括多个驱动组件，驱动组件嵌设在腕足内；控制系统用于控制驱动组件发热，驱动组件受热带动腕足产生弯曲变形，当驱动组件恢复常温时，驱动组件带动腕足恢复原状。通过设置弹性材料一体制成的躯体和多个腕足，使得机器人可承受较大应变，并将驱动组件、控制器、温度传感器和电源等元件嵌于躯体和腕足中，通过改变驱动组件的温度带动腕足弯曲或伸张，使得机器人具有多自由度和分布式连续变形能力，能够表现出柔性化和完成复杂的运动。杂的运动。杂的运动。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生海星软体机器人


[0001]本技术涉及软体机器人领域，尤其涉及一种仿生海星软体机器人。

技术介绍

[0002]传统水下机器人大多由硬质材料(金属、塑料等)的刚性运动副连接构成，以螺旋桨或者液压系统驱动，能够完成快速、精确、可重复位置或力控制任务。
[0003]例如公开号为CN108216410B的中国专利技术专利仿海星机器人，其公开了在PLC的控制下，通过调整弧形摆动装置，可以使弯曲腿装置刚性上下移动，控制旋转伺服电机，可以使摆动杆进行刚性弧形摆动。再控制弯曲腿装置，通过驱动组件来驱动各方向弹簧弯曲，可以实现在两端分别可以进行左右、上下弯曲。再控制管足装置来控制万向节，可以使管足进行空间180度旋转，管足底部的吸盘可调整在不同角度面上进行吸附，再控制伸缩装置进行前进。并且在机架上设有自动伸缩旋转摄像头，可以进行360度进行拍摄、勘测；因为仿海星机器人是5根腿，可以海星一样进行圆周任意方形爬行。但是，这种机器人由于结构较复杂导致机器人体型庞大和噪音大等缺点，难以完成复杂的运动。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提出一种仿生海星软体机器人，以解决上述
技术介绍
中存在的一个或多个技术问题。
[0005]为达此目的，本技术采用以下技术方案：
[0006]一种仿生海星软体机器人，包括躯体、驱动系统和控制系统；所述躯体外侧设有多个呈轴对称分布的腕足，所述躯体与多个所述腕足为弹性材料一体制成；所述驱动系统包括多个驱动组件，所述驱动组件嵌设在所述腕足内；所述控制系统用于控制所述驱动组件发热，所述驱动组件受热带动所述腕足产生弯曲变形，当所述驱动组件恢复常温时，所述驱动组件带动所述腕足恢复原状。
[0007]优选的，所述驱动组件包括记忆合金片和电热丝，所述电热丝缠绕在所述记忆合金片的外侧，所述控制系统用于控制所述电热丝的加热温度及加热时间。
[0008]优选的，所述控制系统包括控制器和多个温度传感器，所述电热丝和所述温度传感器的输出端与所述控制器电连接，多个所述温度传感器的检测端分别与所述记忆合金片相连。
[0009]优选的，所述记忆合金片由负泊松比单胞结构阵列构成，所述负泊松比单胞结构呈内凹六边形，所述负泊松比单胞结构包括顶边、底边和四条斜边，顶边和底边平行且等长，顶边与斜边之间的夹角为68
°
，顶边的长度与顶边和底边之间的距离之比为14：15。
[0010]优选的，所述记忆合金片为NiTi合金材料通过SLM技术3D打印制成。
[0011]优选的，所述腕足的顶部设有弧形缝隙。
[0012]优选的，所述躯体与多个所述腕足为硅胶材料通过DIW打印一体制成。
[0013]与现有技术相比，本技术的有益效果为：通过设置弹性材料一体制成的躯体
和多个腕足，使得机器人可承受较大应变，并将驱动组件、控制器、温度传感器和电源等元件嵌于躯体和腕足中，通过改变驱动组件的温度带动腕足弯曲或伸张，使得机器人具有多自由度和分布式连续变形能力，能够表现出柔性化和完成复杂的运,实现对深海的探索作业，有效避免深海高压环境对传统水下机器人带来结构破坏，降低深潜发生意外的风险，解决了现有海底机器人体型庞大、噪音大以及难以完成复杂的运动等缺点。
附图说明
[0014]附图对本技术做进一步说明，但附图中的内容不构成对本技术的任何限制。
[0015]图1是本技术其中一个实施例的内部结构示意图；
[0016]图2(a)是本技术其中一个实施例的腕足的底部视图；
[0017]图2(b)是本技术其中一个实施例的腕足的内部结构示意图；
[0018]图3(a)是本技术其中一个实施例的记忆合金片的负泊松比单胞结构阵列示意图；
[0019]图3(b)是本技术其中一个实施例的记忆合金片的负泊松比单胞结构的示意图。
[0020]其中：躯体1、驱动组件2、电热丝3、温度传感器4、控制器5、电源6、第一腕足A、第一记忆合金片A1、第二腕足B、第二记忆合金片B1、第三腕足C、第三记忆合金片C1、第四腕足D、第四记忆合金片D1、第五腕足E、第五记忆合金片E1、弧形缝隙11。
具体实施方式
[0021]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本技术的技术方案。
[0022]本实施例的一种仿生海星软体机器人，参考附图1，包括躯体1、驱动系统和控制系统；躯体1外侧设有多个呈轴对称分布的腕足，躯体1与多个腕足为弹性材料一体制成；驱动系统包括多个驱动组件2，驱动组件2嵌设在腕足内；控制系统用于控制驱动组件2发热，驱动组件2受热带动腕足产生弯曲变形，当驱动组件2恢复常温时，驱动组件2带动腕足恢复原状。
[0023]本实施例通过设置弹性材料一体制成的躯体1和多个腕足，使得机器人可承受较大应变，并将驱动组件2、控制器5、温度传感器4和电源6等元件嵌于躯体1和腕足中，通过改变驱动组件2的温度带动腕足弯曲或伸张，使得机器人具有多自由度和分布式连续变形能力，能够表现出柔性化和完成复杂的运动。实现对深海的探索作业，有效避免深海高压环境对传统水下机器人带来结构破坏，降低深潜发生意外的风险，解决了现有海底机器人体型庞大、噪音大以及难以完成复杂的运动等缺点。
[0024]优选的，驱动组件2包括记忆合金片和电热丝3，电热丝3缠绕在记忆合金片的外侧，控制系统用于控制电热丝3的加热温度及加热时间。由此，通过电热丝3实现了对记忆合金片的加热，
[0025]优选的，控制系统包括控制器5和多个温度传感器4，电热丝3和温度传感器4的输出端与控制器5电连接，多个温度传感器4的检测端分别与记忆合金片相连。通过多个温度传感器4，实现对记忆合金片加热温度和冷却温度的监控。
[0026]优选的，参考附图3(a)，记忆合金片由负泊松比单胞结构阵列构成，负泊松比单胞结构呈内凹六边形，参考附图3(b)负泊松比单胞结构包括顶边、底边和四条斜边，顶边和底边平行且等长，顶边与斜边之间的夹角为68
°
，顶边的长度与顶边和底边之间的距离之比为14：15。采用泊松比结构的记忆合金片，有效改善记忆合金片的力学性能，如提高了材料的剪切模量、材料的抗缺口性能、抗断裂性能以及材料的回弹韧性，并且可以借助增材制造成型复杂和可控的宏观或微观结构。
[0027]进一步的，记忆合金片为NiTi合金材料通过激光选区熔化成型技术(SLM)技术3D打印制成。由此，通过采用NiTi合金的记忆合金片，使得记忆合金片在打印成型后通过形状记忆合金循环法得到双程形状记忆效应，即加热恢复高温形状，冷却恢复低温形状。
[0028]优选的，躯体与多个腕足为硅胶材料通过直接墨水书写技术(Diret ink writing，DIW)打印一体制成。机器人躯体1由硅胶通过DIW打印成型，有五个腕足分别为第一腕足A、第二腕足B、第三腕足C、第四腕足D、第五腕足E。驱动组件2由SLM打印成型的5片NiTi合金负泊松比结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生海星软体机器人，其特征在于，包括躯体、驱动系统和控制系统；所述躯体外侧设有多个呈轴对称分布的腕足，所述躯体与多个所述腕足为弹性材料一体制成；所述驱动系统包括多个驱动组件，所述驱动组件嵌设在所述腕足内；所述控制系统用于控制所述驱动组件发热，所述驱动组件受热带动所述腕足产生弯曲变形，当所述驱动组件恢复常温时，所述驱动组件带动所述腕足恢复原状。2.根据权利要求1所述的一种仿生海星软体机器人，其特征在于，所述驱动组件包括记忆合金片和电热丝，所述电热丝缠绕在所述记忆合金片的外侧，所述控制系统用于控制所述电热丝的加热温度及加热时间。3.根据权利要求2所述的一种仿生海星软体机器人，其特征在于，所述控制系统包括控制器和多个温度传感器，所述电热丝和所述温度传感器的输出端与所述控制器电连接，多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明康，黎晋玮，范宏熙，张颖，廖星，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：新型
国别省市：