光驱动机器人及驱动机器人的方法技术

本发明专利技术提供一种光驱动机器人，至少包含底座，其中，该底座上设有手臂，该手臂上设有至少一个可产生形变的单元，所述单元内起形变作用的部件由光致形变材料制成。本发明专利技术还提供了一种驱动机器人的方法，即利用光照射机器人的单元上的光致形变材料使该单元发生形变从而控制机器人的动作。本发明专利技术中的机器人执行机构以及操作机构都相对简单，其尺寸可以做到较小；本发明专利技术提供的光驱动方法还具有快速、精确、环保、能耗小的优点，并且具有可远程操作等其他驱动方式所不具备的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料以及机器人
，特别涉及一种利用光直接驱动的机器 人以及驱动机器人的方法。
技术介绍
在人们的社会生产及生活中，很多场合是不适合人靠近的，比如一些危险 的工作环境等，这时候如果能有一种可以远程控制的机器人，那将会非常的方 便。现在的许多的领域，如微外科手术，微细加工等都迫切需要一种微小型机 器人。因为它们体积小，可以很方便地完成一些人工很难完成的动作。传统的 微型机器人是采用伺服电机作为驱动器，通过传动机构将伺服电机的运动传递 到机器人的末端。这就需要机器人具有电机、齿轮、传送带等很多相关设备， 严重制约着机器人的小型化，并且电机、齿轮的介入使机器人的操纵系统更加 复杂。近年来有不少报道利用形状记忆合金和压电陶瓷作为驱动器的机器人， 例如日本科学家成功地将形状记忆合金应用于小型的手爪结构中，但是形状记 忆合金很容易受温度的变化和和工作介质的不同的影响，而且响应速度也很难 达到实际使用的要求。压电陶瓷响应快，产生的力也比较大，但是它作为驱动 器仍然有技术瓶颈，主要是所要求的电场电压较高，能耗较大而且危险性较高， 电场下的驱动器的位移量较小，很难进行实际使用。近年来，还有一些科研人 员利用磁场来控制机器人的运动，这是个很有发展潜力的研究方向，因为磁场 的控制功能受环境影响较小，并且能耗小，危险系数低，并且可以非接触控制， 但是这个领域的研究还只处于起步阶段，并且磁场的控制性不是很好，需要很 庞大的控制体系才能够操纵机器人复杂的动作，给操作体系带来了很大的困难。众所周知，光具有快速、准确、清洁环保，储量丰富等一系列优异的性能， 它是最好的远程控制方式，如果不需要任何其他传动措施能用光直接控制^l器 人将具有划时代的意义，这也是人类多年的梦想。据专利技术人所知，世界各国的科学家们在这一领域投入了不少的精力，但很遗憾的是这一领域仍是空白。2003 年，复旦大学俞燕蕾教授和东京工业大学池田富树教授合作研制出了光致弯曲 液晶高分子材料，该材料在紫外光的照射下在短时间内能够产生三维的弯曲形 变，在可见光或是热的作用下形变又能够回复，整个过程重复进行，材料本身 却不出现疲劳。光致弯曲材料的问世给光控机器人这一领域带来一丝希望。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种利用光照射即可实现运动的机器人，该机 器人可应用于空间狭小、无法供电、强磁场等苛刻领域，克服了某些环境下无 法应用机器人实施工作的缺陷。其采用的技术方案如下所述。一种光驱动机器人，至少包含底座，其中，该底座上设有手臂，该手臂上 设有至少一个可产生形变的单元，所述单元内起形变作用的部件由光致形变材 料制成。其中，所述单元包括移动单元、转动单元、抓取单元，所述移动单元和转 动单元通过固定关节连接，所述转动单元和抓取单元通过韧性关节连接。其中，所述的移动单元由三层构成，上下层的材料分别由光致形变材料构 成，中间层的材料由柔性高分子材料构成，层与层之间通过粘结剂粘结。其中，所述的转动单元由两层构成，下层的材料由光致形变材料构成，上 层的材料由柔性高分子材料构成，层与层之间通过粘结剂粘结。其中，所述的固定关节由高分子材料、金属、陶瓷或它们的复合材料制成， 优选金属材料，更优选铝制材料。其中，所述的抓取单元由两层构成，上层的材料由光致形变材料构成，下 层的材料由柔性高分子材料构成，层与层之间通过粘结剂粘结，所述的抓取单 元的形状为半圆形，所述上层的两端分别设有钩形抓取结构。其中，所述的韧性关节由高分子材料制成，优选为单向拉伸聚乙烯、双向 拉伸聚丙烯中的一种。其中，所述的柔性高分子材料优选为聚乙烯、聚丙烯、天然橡胶中的一种， 或者有它们构成的复合高分子材料，优选聚乙烯材料。其中，所述的粘结剂选自聚丙烯酸酯类粘结剂、聚氨酯类粘结剂、环氧树 脂类粘结剂、橡胶类粘结剂中的一种，优选为环氧树脂类粘结剂。本专利技术的另一目的在于提供一种驱动机器人的方法，其采用的技术方案如 下所述。一种利用光驱动机器人的方法是利用光照射机器人的单元上的光致形变材 料使该单元发生形变从而控制机器人的动作。其中，所述的单元包括移动单元、转动单元、抓取单元，所述移动单元和 转动单元通过固定关节连接，所述转动单元和抓取单元通过韧性关节连接。其中，所述的移动单元由三层构成，上下层的材料分别由光致形变材料构 成，中间层的材料由柔性高分子材料构成，层与层之间通过粘结剂粘结。其中，所述的转动单元由两层构成，下层的材料由光致形变材料构成，上 层的材料由柔性高分子材料构成，层与层之间通过粘结剂粘结。其中，所述的抓取单元由两层构成，上层的材料由光致形变材料构成，下 层的材料由柔性高分子材料构成，抓取单元的形状为半圆形，层与层之间通过 粘结剂粘结，所述的上层的两端分别设有钩形抓取结构。其中，光照射光致形变材料构成的层使该层产生收縮，关闭光照使该层恢 复原始状态。本专利技术提供的光驱动机器人以及驱动机器人的方法对于现在的技术具有如 下的优点及效果(1) 本专利技术中的机器人不再是传统的电驱动型，不再需要电机、减速器、 齿轮、传送带等一系列相关的结构，极大地简化了机器人的设计，由于执行机 构以及操作机构都相对简单，本专利技术提供的机器人尺寸明显减小；(2) 与现有的其他驱动方式相比较，光驱动快速、精确、环保、能耗小， 并且具有可远程操作等其他驱动方式所不具备的特点；(3) 机器人各部件的材料是以高分子材料为主，部件较少，原料价格低廉， 易于产业化。(4) 机器人各个部件之间的材料兼容性较好，因此可以根据不同的需要对 机器人进行改装，只要将执行不同动作的部位按照一定的顺序组装起来就可以实现所需要的功能，与传统的电驱动机器人相比，具有极高的灵活度。 附图说明图1是本专利技术实施例中一种光驱动机器人的结构示意附图中标记的含义1底座2固定关节3韧性关节10移动单元11移动单元上层12移动单元中层13移动单元下层20转动单元21转动单元上层22转动单元下层30抓取单元31抓取单元上层32抓取单元下层33钩形抓取结构100手臂具体实施例方式现依据附图并结合下述具体实施例对本专利技术做进一步的描述。 实施例请见图1所示， 一种光驱动机器人至少包括底座1,该底座1上设有手臂100，所述的手臂100的尾端固定于底座1之上，手臂100包括移动单元10、转 动单元20、抓取单元30，所述移动单元10和转动单元20通过固定关节2连接， 所述转动单元20和抓取单元30通过韧性关节3连接。所述的移动单元10由三 层构成，移动单元上层11及移动单元下层13分别由光致形变材料构成，具体 选用的是专利CN 101225137A中具体实施方式制备得到的材料，移动单元中层 12由柔性高分子材料构成，这里选用单向拉伸低密度聚乙烯薄膜，层与层之间 通过粘结剂粘结。所述的转动单元20由两层构成，转动单元下层22由光致形 变材料构成，具体选用的是专利CN 101225137A中具体实施方式制备得到的材 料，转动单元上层21由柔性高分子材料构成，这里选用单向拉伸低密度聚乙烯薄膜，层与层之间通过粘结剂粘结。所述的固定关节2由高分子材料、金属、 陶瓷或它们的复合材料制成，这里选用铝制薄膜。所述的抓取单元30由两层构 成，抓取单元上层31由光致形变材料构成，形状为半圆形，具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光驱动机器人，至少包含底座，其特征在于，该底座上设有手臂，该手臂上设有至少一个可产生形变的单元，所述单元内起形变作用的部件由光致形变材料制成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：俞燕蕾，程伏涛，尹若元，章园园，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]