一种磁振双响应花形软体机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种磁振双响应花形软体机器人，包括仿花瓣结构，变形致动系统，支撑机构，仿花托机构。所述仿花瓣架构包括旋转包裹软体骨架、薄膜弹性体结构；所述变形制动系统包括磁流变弹性体(MRE)、液囊；所述支撑机构主要用于连接仿花瓣结构、变形致动系统、仿花托结构；所述仿花托结构包括两端开口的花托状腔体、非磁性金属振子、弹性薄膜、单向阀。磁流变弹性体在外界任意方向磁场作用下发生的收缩变形，实现对软体机器人花瓣结构可逆变形的驱动；仿花托结构在外界振动场下其腔体内的受限流体具有各向异性的力学推进行为。本发明专利技术的目的在于通过仿生设计研发出能在生物体内完成可控运动并具有良好生物相容性的软体机器人。可控运动并具有良好生物相容性的软体机器人。可控运动并具有良好生物相容性的软体机器人。

【技术实现步骤摘要】
一种磁振双响应花形软体机器人


[0001]本专利技术涉及软体机器人的仿生设计和无束缚驱动
，具体涉及一种磁振双响应花形软体机器人。

技术介绍

[0002]按照机器人所用材料，可将现有机器人分为刚性机器人和软体机器人两大类。刚性机器人多由金属、塑料等硬质材料制成，其运动灵活性有限、环境适应能力差；而软体机器人则主要由弹性材料制成，理论上具有无数个自由度，可实现刚性机器人无法或难以完成的任务。鉴于软体机器人有着优异的人机交互安全性，其在医疗领域的应用备受关注，例如：通过软体机器人的可控变形，能实现靶向药物的输送、体内异物的抓取等。然而，由于生物体内环境的复杂性、软体机器人致动性能及其生物相容性等问题，目前软体机器人在医疗领域内的应用尚不成熟。为此，本专利技术拟通过仿生设计研发出能在生物体内完成可控运动并具有良好生物相容性、抓取性的花形软体机器人。
[0003]随着软体机器人研究的不断深入，关于软体机器人的驱动方式也开始丰富起来。软体机器人的驱动可借助一些智能材料来实现，一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等，从响应的物理量出发可将上述材料分为如下几类：电场、压力、化学反应、光、温度以及磁场类等智能材料。这些驱动方式中有一些是有束缚的，即软体机器人身上装有导线或导管，以便通过外界实现电驱动或流体驱动，另一些则是无束缚的，无束缚驱动相对于有束缚的驱动有诸多优势。磁驱动为无束缚驱动的一种。
[0004]磁流变弹性体(MRE)是一种新型智能材料，其将微米级磁性颗粒掺入到聚合物中，能在磁场环境下发生快速柔性形变。因此，可将MRE制成三维网络，借助MRE在外界任意方向磁场作用下发生的收缩变形，在此基础上结合液压原理便可实现对花形软体机器人花瓣结构可逆变形驱动，从而满足致动方向容差性要求。
[0005]此外，受超声清洗中被清洗物的振动响应启发，可利用外界的振动刺激对花形软体机器人进行前进致动，由于该方法能响应不同方向的振动，因此其同样满足致动方向容差性要求，并且还具备振动源自动跟踪功能，最终实现软体机器人的无束缚定向移动。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于通过仿生设计研发出能在生物体内完成可控运动并具有良好生物相容性、抓取性的花形软体机器人。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种磁振双响应花形软体机器人，包括仿花瓣结构，变形致动系统，支撑机构，仿花托结构。从上到下依次为仿花瓣结构、变形致动系统、支撑机构和仿花托结构。
[0008]所述仿花瓣结构包括旋转包裹软体骨架、薄膜弹性体结构，所述旋转包裹软体骨架由若干根条状空心杆件组成，所述薄膜弹性体由一层薄膜包裹在旋转包裹软体骨架的外
侧构成，所述薄膜由橡胶制成；
[0009]所述变形致动系统包括磁流变弹性体(MRE)、液囊，液囊通过液囊导管与旋转包裹软体骨架的条状空心杆件的底端连通，变形致动系统安装在仿花瓣结构与仿花托结构之间，所述MRE通过3D打印技术制成三维网格，MRE被空心弹性腔体结构状的液囊所封装构成MRE液囊，三维网格状MRE在外界磁场下发生弹性变形，从而实现MRE液囊收缩变形并促使具有液压作用的内部液体通过液囊导管充入上述旋转包裹软体骨架内，使旋转包裹软体骨架发生柔性变形，完成类似开花动作；
[0010]所述支撑机构主要用于连接仿花瓣结构、变形致动系统、仿花托结构，其形状可根据具体实例制作，其安装位置在仿花瓣结构与仿花托结构之间，并处于变形致动系统外侧；
[0011]所述仿花托结构包括两端开口的花托状腔体、非磁性金属振子、弹性薄膜、单向阀。所述的两端开口的花托状腔体安装于支撑机构下方；所述的弹性薄膜安装于花托状腔体上方开口处；所述的非磁性金属振子通过橡皮筋等弹性材料安装于支撑机构内侧，并在弹性薄膜正上方，其与弹性薄膜间有5毫米的间隙，非磁性金属振子在外界振动激励下可与弹性薄膜发生撞击作用；所述的单向阀一部分安装在花托状腔体四周，该些单向阀只允许液体流入花托状腔体内部而不能反向流出；所述的单向阀另一部分安装在花托状腔体尾端，该些单向阀只允许液体流出花托状腔体而不能反向流入其内部。
[0012]进一步的，所述旋转包裹软体骨架由若干根合成树脂条状杆件旋转包裹构成，包裹软体骨架外面铺上一层弹性体薄膜，一开始为花苞状态，在液压作用下可变形为开花状态。
[0013]本专利技术具有有益效果：
[0014]本专利技术提供了一种磁振双响应花形软体机器人，采用磁流变弹性体，借助磁流变弹性体在外界任意方向磁场作用下发生的收缩变形，实现对软体机器人花瓣结构可逆变形的驱动。采用射流推进器，使其腔体内的受限流体在外界振动场下具有各向异性的推进性能。
附图说明
[0015]图1为本专利技术最初状态的立体图；
[0016]图2为本专利技术花瓣薄膜展开过程的三种状态图；
[0017]图中：1—花瓣薄膜花苞状态，2—花瓣薄膜过渡状态，3花瓣薄膜开花状态，4—软体骨架状态一，5—软体骨架状态二，6—软体骨架状态三，7—液囊导管，8—第一支撑机构，9—第二支撑机构，10—MRE液囊，11—第一折痕结构，12—第二折痕结构，13—第三折痕结构，14—薄膜，15—非磁性金属振子，16—弹性薄膜，17—两端开口的花托状腔体，18—第一单向阀，19—第二单向阀，20—第三单向阀，21—两端开口的花托状腔体尾端，22—两端开口的花托状腔体尾端单向阀。
具体实施方式
[0018]下面结合具体实施案例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0019]首先通过三维设计软件建立各个零件的三维模型。然后采用生物3D打印技术制备
出基于折纸原理的特定软体骨架的花瓣结构；采用多材料3D打印技术或失蜡铸造方法制备出不同几何结构的MRE；进一步借助3D打印技术，制备出具有特定几何结构的两端开口的花托状腔体以及支撑机构。打印完成后移除支撑零件，用打磨机将支撑机构与零件接触的地方打磨光滑，再结合非磁性金属振子、弹性薄膜、单向阀等进行组装。
[0020]本专利技术所述的磁振双响应花形软体机器人，包括仿花瓣结构，变形致动系统，支撑机构和仿花托结构。所述的仿花瓣结构位于仿花托结构之上，在两个结构中间装有一个非磁性金属振子15。所述变形致动系统位于非磁性金属振子15与仿花瓣结构之间，其通过不同磁场下MRE液囊10的变形将液体充入旋转包裹软体骨架的内部实现旋转包裹软体骨架的变形。所述仿花瓣结构内侧由若干条状空心杆件支撑，条状空心杆件底端与液囊导管7连通。
[0021]所述支撑机构安装位置在仿花瓣结构与仿花托结构之间，并处于变形致动系统、非磁性金属振子的外侧。在此专利技术中的一个实施例，支撑机构由第一支撑架8和第二支撑架9构成。所述第一支撑8为圆形杆件，与液囊导管7连接。所述第二支撑架9由若干直线型杆件组成，顶端与第一支撑架8连接，底端与弹性薄膜16连接。
[0022]所述仿花托结构包括：两端开口的花本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁振双响应花形软体机器人，其特征在于：所述磁振双响应花形软体机器人包括仿花瓣结构，变形致动系统，支撑机构，仿花托结构；所述仿花瓣结构包括旋转包裹软体骨架、薄膜弹性体结构，所述旋转包裹软体骨架由若干根条状空心杆件组成，所述薄膜弹性体由一层橡胶薄膜包裹在旋转包裹软体骨架的外侧构成；所述变形致动系统包括磁流变弹性体(MRE)、液囊，液囊通过液囊导管与旋转包裹软体骨架的条状空心杆件的底端连通，变形致动系统安装在仿花瓣结构与仿花托结构之间，所述MRE通过3D打印技术制成三维网格，MRE被空心弹性腔体结构状的液囊所封装构成MRE液囊，三维网格状MRE在外界磁场下发生弹性变形，从而实现MRE液囊收缩变形并促使具有液压作用的内部液体通过液囊导管充入旋转包裹软体骨架内，使旋转包裹软体骨架发生柔性变形，完成类似开花动作；所述支撑机构用于连接仿花瓣结构、变形致动系统、仿花托结构，安装位置在仿花瓣结构与仿花托结构之间，并处于变形致动系统外侧；所述仿花托结构包括两端开口的花托状腔体、非磁性金属振子、弹性薄膜、单向阀；所述的两端开口的花托状腔体安装于支撑机构下方；所述的弹性薄膜安装于花托状腔体上方开口处；所述的非磁性金属振子通过弹性材料安装于支撑机构内侧，并在弹性薄膜正上方，非磁性金属振子在外界振动激励下可与弹性薄膜发生撞击作用；单向阀一部分安装在花托状腔体四周，该些单向阀只允许液体流入花托状腔体内部而不能反向流出；单向阀另一部分安装在花托状腔体尾端，该些单向阀只允许液体流出花托状腔体而不能反向流入其内部。2.如权利要求书1所述的一种磁振双响应花形软体机器人，其特征在于：所述旋转包裹软体骨架由若...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，李耀东，程广贵，吴教义，霍佳康，郭灿志，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：