一种基于4D打印的仿海星软体机器人及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于4D打印的仿海星软体机器人及其控制方法，属于机器人技术领域，仿海星软体机器人包括支撑单元及5个腕足单元；5个腕足单元呈中心对称状与支撑单元连接；各腕足单元均包括驱动元件和执行元件；执行元件的材料为液晶弹性体；驱动元件贴附在执行元件的上表面，并与外部电源连接，将外部电源的电能转换成热能，以驱动执行元件发生弯曲变形。降低了机器人的结构复杂度，提高了机器人的环境适应能力。控制方法包括：基于期望轨迹，通过外部电源给各腕足单元的驱动元件通电，以驱动执行元件发生弯曲变形，并采用闭环PD型迭代学习的方法控制施加在各腕足单元的驱动元件上的电压大小，提高了机器人运动的控制精度。提高了机器人运动的控制精度。提高了机器人运动的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于4D打印的仿海星软体机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人领域，特别是涉及一种基于4D打印的仿海星软体机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，受自然界中章鱼、尺蠖、草履虫等软体动物和单细胞生物启发，软体机器人的研究受到越来越多的关注，逐渐成为机器人领域的热点方向。传统的机器人一般是由齿轮、铰链、电机等刚性零部件组成，以高精度、高效率的特点著称。软体机器人与传统的刚性机器人相比，其基本结构由一些硅胶、水凝胶、橡胶灯弹性材料构成，一般使用形状记忆合金、介电弹性体、光热电磁敏感材料等驱动。软体机器人在理论上有近乎无限的自由度，因此，具有良好的变形能力和灵活性，更适用于复杂的环境。
[0003]目前软体机器人的制造主要包括模具浇注、沉积制造、3D打印和4D打印复合等技术。3D打印技术近年来发展迅速，凭借成本低、制造周期短、生产快速等优点，在多种复杂结构和定制化软体机器人制作中受到青睐。4D打印技术在3D打印的基础上添加了“时间”维度，借助智能材料的特性实现对模型本体结构的重新编译。通过4D打印的物体能够对外界的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于4D打印的仿海星软体机器人，其特征在于，所述基于4D打印的仿海星软体机器人包括：支撑单元及5个腕足单元；5个腕足单元呈中心对称状与所述支撑单元连接；各腕足单元均包括驱动元件和执行元件；所述执行元件的材料为液晶弹性体；所述驱动元件贴附在所述执行元件的上表面，并与外部电源连接；所述驱动元件用于将外部电源的电能转换成热能，以驱动所述执行元件发生弯曲变形。2.根据权利要求1所述的基于4D打印的仿海星软体机器人，其特征在于，所述支撑单元为双层聚酰亚胺薄膜。3.根据权利要求1所述的基于4D打印的仿海星软体机器人，其特征在于，各腕足单元还包括传感元件；所述传感元件贴附在所述执行元件的下表面；所述传感元件用于检测所述执行元件的弯曲角度。4.根据权利要求3所述的基于4D打印的仿海星软体机器人，其特征在于，所述传感元件为弯曲曲率传感器。5.根据权利要求1所述的基于4D打印的仿海星软体机器人，其特征在于，所述驱动元件包括聚酰亚胺薄膜及网格状碳纳米管；所述网格状碳纳米管压印在所述聚酰亚胺薄膜的表面。6.根据权利要求1所述的基于4D打印的仿海星软体机器人，其特征在于，所述支撑单元的形状为正五边形；各腕足单元的形状均为矩形；各腕足单元的一端分别与所述支撑单元的一条边固定连接。7.一种基于4D打印的仿海星软体机器人的控制方法，用于控制权利要求1
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6任一项所述的基于4D打印的仿海星软体机器人，其特征在于，所述基于4D打印的仿海星软体机器人的控制方法包括：获取期望轨迹；所述期望轨迹包括一个运动周期内各时刻各腕足单元的期望弯曲角度；基于所述期望轨迹，通过外部电源给各腕足单元的驱动元件通电，以驱动执行元件发生弯曲变形，并采用闭环PD型迭代学习的方法控制施加在各腕足单元的驱动元件上的电压大小，使得各腕足单元按照所述期望轨迹运动。8.根据权利要求7所述的基于4D打印的仿海星软体机器人的控制方法，其特征在于，所述采用闭环PD型迭代学习的方法控制施加在各腕足单元的驱动元件上的电压大小，具体包括：针对第k次迭代，获取第k次迭代过程中的控制量；所述控制量为施加在各腕足单元的驱动元件上的电压大小；0<k；针对任一腕足单元，通过所述腕足单元的传感元件检测执行元件的实际弯曲角度；根据所述实际弯曲角度及所述腕足单元的期望弯曲角度，确定第k次迭代过程中所述腕足单元的弯曲角度误差；判断第k次迭代过程中各腕足单元的弯曲角度误差是否小于设定阈值，若是，则停止迭代控制，否则，根据第k次迭代过程中各腕足单元的弯曲角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉燕，任智新，董智超，温银堂，贾幼弛，么海莹，周子翔，邸跃，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：