一种基于液晶弹性体的软体机器人

1.本发明涉及软体机器人领域或液晶体软体机器人领域，特别涉及一种基于液晶弹性体的软体机器人。


背景技术：

2.传统机器人的刚性结构使其环境适应性较差，在狭窄空间内的运动受到限制，无法通过尺度小于机器人尺度或形状复杂的通道。这些缺点制约了刚性机器人在某些领域的应用，也促进了软体机器人的发展。软体机器人是一种模仿自然界软体生物外形结构或运动模式且具有柔软性好、自由度高、连续变形能力强等特点的新型智能机器人。软体机器人是一个正在迅速发展新兴的领域。它是材料科学，力学和控制科学等多学科交叉的领域，以利用可承受大应变的橡胶、硅胶、形状记忆聚合物、电致动聚合物、水凝胶等柔软弹性材料的柔性部件使机器人获得更简单的高效运动为目标。
3.近年来，对低等生物如尺蠖、水蛭、蛇、鳗、昆虫、甚至寄生虫等在复杂环境下的有效运动机制的研究，得到了国内外诸多学者的重视。这些研究结果具有重大的应用价值，由于其出色的灵活性和对环境的适应能力，在军事、探测、医疗等等诸多领域得到了良好的发展与应用。
4.中国发明专利公布了一种仿飞鱼的仿生机器鱼。其主要结构为鱼头、鱼尾和滑翔机构，当滑翔翼被展开时，通过惯性和空气阻力的共同作用完成短距离的划翔。该发明结构稳定、机动性高。但由于其主体为刚性结构，无法实现复杂环境内的运动。而本专利采用了软体结构的设计，使得机器人能更好得适应复杂多变的环境。
5.中国发明专利公开了一种基于智能材料的四足可换向爬行软体机器人。该机器人本体由上换向体和下换向体通过轴筒和封头拼接组装而成。通过在软体机器人内部添加形状记忆合金，使得该软体机器人可通过电热驱动来控制机器人的直线爬行和转向。该机器人能较稳定的完成直线爬行并能实现转向运动，但由于其机械结构的设计较为复杂，在每部分配合和传动的过程中会造成的控制偏差较大。而本专利采用一体化结构，控制更加方便，形变响应速度更快。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于液晶弹性体的软体机器人，可实现在电驱动下的蠕动爬行和跳跃。
7.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
8.一种基于液晶弹性体的软体机器人，包括主体结构、第一中空结构、第二中空结构、第三中空结构和第二银片；
9.所述主体结构内设有第一中空结构、第二中空结构和第三中空结构，所述第二中空结构分别与第一中空结构和第三中空结构连通；所述主体结构底部设有棘齿结构；所述第二中空结构内设有第二银片，用于通过加热使第二中空结构内气体膨胀；通过控制第二
中空结构内气体温度上升或下降，使主体结构向前蠕动。
10.进一步，所述第一中空结构、第二中空结构和第三中空结构呈三角形排布，所述第二中空结构位于主体结构中上部，所述第一中空结构位于主体结构左下部，所述第三中空结构位于主体结构右下部，所述主体结构为液晶弹性体，所述第一中空结构、第二中空结构和第三中空结构的内腔中分别涂有密封涂层，所述第一中空结构、第二中空结构和第三中空结构的内腔中填充气体。
11.进一步，所述棘齿结构分别位于所述第一中空结构和第三中空结构底部，所述棘齿结构为三角形齿，所述三角形齿的前角呈60
°
，所述三角形齿的后角呈90
°
。
12.进一步，所述第一中空结构与第二中空结构通过第一气体通道连通，所述第一气体通道上安装第一单向阀门，用于防止第一中空结构内气体进入第二中空结构内；所述第三中空结构与第二中空结构通过第二气体通道连通，所述第二气体通道上安装第三单向阀门，用于防止第三中空结构内气体进入第二中空结构内；所述第二中空结构与外界安装第二单向阀门。
13.进一步，所述第一中空结构内安装第一温度传感器，所述第三中空结构内安装第二温度传感器，所述第一中空结构内安装第二控制阀门，所述第三中空结构内安装第一控制阀门，根据第一温度传感器和第二温度传感器检测的温度控制第一控制阀门和第二控制阀门同时打开，用于实现主体结构弹跳。
14.进一步，所述第一中空结构内设有第一银片，通过第一银片导电发热，用于使第一中空结构内气体膨胀；所述第三中空结构内设有第三银片，通过第三银片导电发热，用于使第三中空结构内气体膨胀。
15.进一步，当第一中空结构或/和第三中空结构的升温速率小于第一设定值时，通过第一银片或/和第三银片导电发热；当第一中空结构与第三中空结构的温度均超过第二设定值，控制第一控制阀门和第二控制阀门同时打开。
16.本发明的有益效果在于：
17.1.本发明所述的基于液晶弹性体的软体机器人，采用一体化结构，主体结构与中空结构呈三角形交替排布使得结构更加稳定，控制更加方便，形变响应速度更快。
18.2.本发明所述的基于液晶弹性体的软体机器人，采用液晶弹性体材料，不仅导热性优、性能稳定，且软材料的选择使得软体机器人能适应复杂多变的环境。
19.3.本发明所述的基于液晶弹性体的软体机器人，可实现仿生蠕动及弹性跳跃的运动，多步态运动的软体机器人应用范围更为广泛。
附图说明
20.图1为本发明所述的基于液晶弹性体的软体机器人的正视图。
21.图2为本发明所述的基于液晶弹性体的软体机器人的俯视图。
22.图3为本发明所述的基于液晶弹性体的软体机器人的左视图。
23.图中：
[0024]1‑
底部微结构；2
‑
第一中空结构；3
‑
第一温度传感器；4
‑
第一银片；5
‑
主体结构；7
‑
第一气体通道；8
‑
第一单向阀门；9
‑
第二银片；10
‑
第二单向阀门；11
‑
第二中空结构；12
‑
第三单向阀门；13
‑
第二气体通道；15
‑
第三银片；16
‑
第二红外温度传感器；17
‑
第三中空结构；
18
‑
第一控制阀门；19
‑
第二控制阀门。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0026]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0027]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0028]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0029]
如图1、图2和图3所示，本发明所述的基于液晶弹性体的软体机器人，包括主体结构5、第一中空结构2、第二中空结构11、第三中空结构17和第二银片9；所述主体结构5内设有第一中空结构2、第二中空结构11和第三中空结构17，所述第一中空结构2、第二中空结构11和第三中空结构17呈三角形排布，所述第二中空结构11位于主体结构5中上部，所述第一中空结构2位于主体结构5左下部，所述第三中空结构17位于主体结构5右下部，所述主体结构5为液晶弹性体，所述第一中空结构2、第二中空结构11和第三中空结构17的内腔中分别涂有密封涂层，所述第一中空结构2、第二中空结构11和第三中空结构17的内腔中填充气体。所述棘齿结构1分别位于所述第一中空结构2和第三中空结构17底部，所述棘齿结构1为三角形齿，所述三角形齿的前角呈60
°
，所述三角形齿的后角呈90
°
。
[0030]
所述第一中空结构2与第二中空结构11通过第一气体通道7连通，所述第一气体通道7上安装第一单向阀门8，用于防止第一中空结构2内气体进入第二中空结构11内；所述第三中空结构17与第二中空结构11通过第二气体通道13连通，所述第二气体通道13上安装第三单向阀门12，用于防止第三中空结构17内气体进入第二中空结构11内；所述第二中空结构11与外界安装第二单向阀门10，所述第二单向阀门10用于防止第二中空结构11气体进入外界，同时当第二中空结构11由于温度下降导致气压降低时可以由外界补充气体。所述第二中空结构11内设有第二银片9，用于通过加热使第二中空结构11内气体膨胀；通过控制第二中空结构11内气体温度上升或下降，使主体结构5向前蠕动。
[0031]
工作过程：
[0032]
当第二银片9外接电源通电后，电能部分转化为热能，使得第二中空结构11内的空气温度升高，第二中空结构11温度升高后，第二中空结构11中的气体分别通过第一气体通道8和第二气体通道13流入第一中空结构2和第三中空结构17，也会使第一中空结构2和第三中空结构17温度升高、体积增大。此时断电，第二银片9温度降低、第二中空结构11温度降低，第一中空结构2和第三中空结构17内温度也降低，体积减小，为软体机器人提供向前蠕动的势能，使主体结构5蠕动。
[0033]
所述第一中空结构2内安装第一温度传感器3，所述第三中空结构17内安装第二温度传感器16，所述第一中空结构2内安装第二控制阀门19，所述第三中空结构17内安装第一控制阀门18，根据第一温度传感器3和第二温度传感器16检测的温度控制第一控制阀门18和第二控制阀门19同时打开，用于实现主体结构5弹跳。当第一中空结构2和第三中空结构17中的温度均大于室温15度时，第一控制阀门18和第二控制阀门19打开，实现主体结构5弹跳。
[0034]
为了使主体结构5弹跳更高，所述第一中空结构2内设有第一银片4，通过第一银片4导电发热，用于使第一中空结构2内气体膨胀；所述第三中空结构17内设有第三银片15，通过第三银片15导电发热，用于使第三中空结构17内气体膨胀。当第一中空结构2或/和第三中空结构17的升温速率小于第一设定值时，通过第一银片4或/和第三银片15导电发热；当第一中空结构2与第三中空结构17的温度均超过第二设定值，控制第一控制阀门18和第二控制阀门19同时打开。
[0035]
具体工作过程为：
[0036]
当第二银片9外接电源通电后，电能部分转化为热能，使得第二中空结构11内的空气温度升高，第二中空结构11温度升高后，第二中空结构11中的气体分别通过第一气体通道8和第二气体通道13流入第一中空结构2和第三中空结构17，也会使第一中空结构2和第三中空结构17温度升高、体积增大。当第一中空结构2或/和第三中空结构17的升温速率小于2
‑
4摄氏度/min时，通过第一银片4或/和第三银片15导电发热；当第一中空结构2与第三中空结构17的温度均超过25摄氏度，控制第一控制阀门18和第二控制阀门19同时打开。这样，使得软体机器人弹跳高度更大。
[0037]
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0038]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。