本发明专利技术涉及软体机器人技术领域，具体地说是一种基于仿生刚毛结构的软体机器人及其制备方法。所述软体机器人由三个模块组成，分别为中间连接模块和两个位于前端和后端的仿生刚毛模块(称为前足和后足)。所述软体机器人利用刚毛具有一定倾斜角度的原理，通过力的传递改变接触面作用力的方向进而实现对运动的调控，因此其可以在有外力的条件下实现整体的单向前进位移运动。本发明专利技术提供了一种利用简单商品纤维直接插入树脂固定层制备仿生刚毛的方法，此制备方法具有简单、可重复、制备成本低等优势，通过改变中间连接模块聚合物薄膜的种类，仿生刚毛模块中纤维的种类、倾斜角度、长度、直径及树脂固定层的种类、厚度因素，实现机器人爬行速度的调节。器人爬行速度的调节。
【技术实现步骤摘要】
一种带有仿生刚毛的软体机器人及其制备方法
[0001]本专利技术涉及软体机器人
，具体地说是一种基于仿生刚毛结构的软体机器人及其制备方法。
[0002]背景
[0003]在机器人运动过程中，当与接触面的摩擦力无法在不同方向上表现出明显差值时，机器人难以发生位移。倘若机器人能够时刻保持着与接触面平行且方向不变的净摩擦力，则无需额外设计反作用装置即可产生连续位移，实现连续的运动。
[0004]从仿生角度出发，在自然界中，狗尾巴草边缘具有较长的密绵毛状刚毛，该刚毛大多沿斜向后单根排列，倾斜角基本保持一致。当将狗尾巴草放置在上下振动的表面时，它可以发生单向运动。于是我们设想能否将狗尾巴草刚毛结构引入到软体机器人底部，制备一个可发生连续单向运动的软体机器人。此种仿生刚毛处于软体机器人主体和接触面之间，它可以通过力的传递改变接触面作用力的方向实现对运动的调控。本专利技术的核心理念源自狗尾巴草向后倾斜的刚毛改变接触面作用力方向的原理和振动装置给予的驱动力相结合。具体地说，当运动界面发生上下振动，接触面给予机器人刚毛下底端垂直向上的力，但是由于刚毛具有一定倾斜角度，所以该力可以分解成一个水平的力和一个竖直的力，竖直作用力使机器人发生腾空，水平方向作用力推动机器人向前运动，因此机器人主体发生整体的单向前进位移运动。
[0005]根据现有文献报道，对类似刚毛结构的研究已经有了长足进展，相关仿生设计研究工作已经开展，但大部分研究工作是针对表面静态摩擦力或粘附力，对于将刚毛应用于动态运动方面的研究较少。目前传统的仿生刚毛制备方法是注模成型，对纤维树脂熔融状态流动性要求极高，而且制备难度大。而本专利技术能利用现成纤维直接插入固定层树脂制备仿生刚毛，此制备方法具有简单、可重复、制备成本低等优势。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种带有仿生刚毛的软体机器人，其特征在于，由三个模块组成，分别为中间连接模块和两个位于前端和后端的仿生刚毛模块(称为前足和后足)。
[0007]此外，本专利技术还提供了一种带有仿生刚毛结构的软体机器人的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
[0008](1)通过3D光打印获得多孔模具，并将其放入容器中；将适量聚二甲基硅氧烷
‑
184(PDMS
‑
184)倒入容器中并在60℃下固化8h，得到多孔PDMS模具；
[0009](2)按从下往上的顺序将石英片、硅胶垫、多孔PDMS模具依次放置在紫外固化设备上；接着将纤维以一定角度插入多孔PDMS模具的孔洞中，并将含2wt％光引发剂的树脂固定层材料加入孔洞，在紫外光源下固化5min；再将纤维裁剪至合适长度；
[0010](3)将带粘性的中间连接模块聚合物薄膜裁剪至合适大小，将薄膜1/3长度的粘接面分别贴于两端树脂固定层，即可连接两个仿生刚毛结构。
[0011]本专利技术的核心理念源自狗尾巴草向后倾斜的刚毛改变接触面作用力方向的原理
和振动装置给予的驱动力相结合。具体地说，当运动界面发生上下振动，接触面给予机器人刚毛下底端垂直向上的力，但是由于刚毛具有一定倾斜角度，所以该力可以分解成一个水平的力和一个竖直的力，竖直作用力使机器人发生腾空，水平方向作用力推动机器人向前运动，因此机器人主体发生整体的单向前进位移运动。
[0012]本专利技术制备的仿生刚毛处于软体机器人主体和接触面之间，它可以通过力的传递改变接触面作用力的方向实现对运动的调控，因而机器人能实现单向前行位移运动。此制备方法具有简单、可重复、制备成本低等优势。
具体实施方式
[0013]实施例1
[0014]通过3D光打印获得倾斜角度为10
°
的多孔模具，并将其放入容器中；将适量聚二甲基硅氧烷
‑
184(PDMS
‑
184)倒入容器中并在60℃下固化8h，得到厚度1mm的多孔PDMS模具；
[0015]按从下往上的顺序将石英片、硅胶垫、10
°
多孔PDMS模具依次放置在紫外固化设备上；接着将直径为200μm的聚酯纤维插入10
°
多孔PDMS模具的孔洞中，并将含2wt％光引发剂1173的聚酯丙烯酸酯CN2283NS加入孔洞，在紫外光源下固化5min；再将纤维裁剪至3mm长；
[0016]将带粘性的聚酰亚胺薄膜裁剪至长为1cm、宽为1.5cm大小，将薄膜1/3长度的粘接面分别贴于两端树脂固定层，即可连接两个长为3cm、宽为2.5cm的仿生刚毛结构。
[0017]在振动频率为2500Hz的运动台面上，将机器人放置在运动轨道上，机器人可以发生向前的位移运动，爬行速度为18.00mm/s。
[0018]实施例2
[0019]通过3D光打印获得倾斜角度为60
°
的多孔模具，并将其放入容器中；将适量聚二甲基硅氧烷
‑
184(PDMS
‑
184)倒入容器中并在60℃下固化8h，得到厚度1mm的多孔PDMS模具；
[0020]按从下往上的顺序将石英片、硅胶垫、30
°
多孔PDMS模具依次放置在紫外固化设备上；接着将直径为200μm的聚酯纤维插入30
°
多孔PDMS模具的孔洞中，并将含2wt％光引发剂1173的聚酯丙烯酸酯CN2283NS加入孔洞，在紫外光源下固化5min；再将纤维裁剪至3mm长；
[0021]将带粘性的聚酰亚胺薄膜裁剪至长为1cm、宽为1.5cm大小，将薄膜1/3长度的粘接面分别贴于两端树脂固定层，即可连接两个长为3cm、宽为2.5cm的仿生刚毛结构。
[0022]在振动频率为2500Hz的运动台面上，将机器人放置在运动轨道上，机器人可以发生向前的位移运动，爬行速度为32.09mm/s。
[0023]实施例3
[0024]通过3D光打印获得倾斜角度为75
°
的多孔模具，并将其放入容器中；将适量聚二甲基硅氧烷
‑
184(PDMS
‑
184)倒入容器中并在60℃下固化8h，得到厚度1mm的多孔PDMS模具；
[0025]按从下往上的顺序将石英片、硅胶垫、60
°
多孔PDMS模具依次放置在紫外固化设备上；接着将直径为200μm的聚酯纤维插入60
°
多孔PDMS模具的孔洞中，并将含2wt％光引发剂1173的聚酯丙烯酸酯CN2283NS加入孔洞，在紫外光源下固化5min；再将纤维裁剪至3mm长；
[0026]将带粘性的聚酰亚胺薄膜裁剪至长为1cm、宽为1.5cm大小，将薄膜1/3长度的粘接面分别贴于两端树脂固定层，即可连接两个长为3cm、宽为2.5cm的仿生刚毛结构。
[0027]在振动频率为2500Hz的运动台面上，将机器人放置在运动轨道上，机器人可以发生向前的位移运动，爬行速度为83.00mm/s。
[0028]实施例4
[0029]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带有仿生刚毛结构的软体机器人，其特征在于，由三个模块组成，分别为中间连接模块和两个位于前端和后端的仿生刚毛模块(称为前足和后足)。2.根据权利要求1所述的一种带有仿生刚毛结构的软体机器人，其特征在于，所述中间连接模块种类为聚合物薄膜，聚合物薄膜种类包括但是不限于聚酰亚胺薄膜(PI)、聚酯薄膜(PET)、聚丙烯薄膜(PP)、聚乙烯薄膜(PE)。3.根据权利要求1所述的一种带有仿生刚毛结构的软体机器人，其特征在于，所述仿生刚毛结构包括树脂固定层和纤维两部分。4.根据权利要求3所述的仿生刚毛结构，其特征在于，所述树脂固定层种类包括但是不限于聚酯类丙烯酸酯、聚醚类丙烯酸酯、聚氨酯树脂丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯。5.根据权利要求3所述的仿生刚毛结构，其特征在于，所述树脂固定层厚度为0.5mm
‑
50mm。6.根据权利要求3所述的仿生刚毛结构，其特征在于，所述纤维种类为包括但是不限于玻璃纤维、聚酯类纤维、碳纤维、光导纤维、竹纤维、鬓毛。7.根据权利要求3所述的仿生刚毛结构，其特征在于，所述纤维长度为1mm<...
【专利技术属性】
技术研发人员：何勇，邹静，楼鹏飞，姚淼，聂俊，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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