一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人的制作方法

本发明涉及软体机器人制备技术领域，具体涉及一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人。

背景技术：

软体驱动机器人主要是由具有高弹性的聚合物制成，理论上由于软驱动的缘故，因而具有无限的自由度和连续变形的能力，相比传统的刚性机器人，该软体驱动机器人由于其自身的柔软性，可以在正常工作的情况下不会对周围工作范围内的其他生物产生危害，在仿生探测等高尖端领域具有广阔的应用前景。

传统的刚性机器人一般是由刚性模块的连接而成的，自由度比较少，虽然可以满足精准的需求，但是由于器刚性结构使其对环境的适应性比较差，在复杂环境中工作的时候可能造成不必要的损伤。同时，在某一特定的环境下可能并不适用。

技术实现要素：

为了海洋探测中做到动态监测而又不会对海洋生物造成影响，本发明提供了一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人。该机器人采用介电弹性体做驱动器。介电弹性体材料是一种在简单拉伸作用下加上电压即可出现形变的形状记忆聚合物。无线信号收发模块与控制端及电源模块之间的连接导线，介电弹性体驱动模块与控制端及电源模块之间的连接导线均嵌入在主体平板的材料中。机器人的主体平板及外壳等硬质部位采用聚氯乙烯塑料，从而最终实现机器人在水中的运动。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人，其特征在于：所述仿海龟机器人包括介电弹性体驱动模块、主体平板，外壳、无线信号收发模块，控制端及电源模块及尾部进排水机构。其中控制端及电源模块固定安装在主体平板材料上，并在控制端及电源模块周围套上聚氯乙烯塑料制成紧密贴合的外壳，全密封隔水处理，无线信号收发模块与电源端控制端之间的连接导线，介电弹性体与电源端控制端之间的连接导线均采用包埋处理，内嵌在主体平板材料内，为了保持介电弹性体驱动模块中的脚蹼在水中保持一定的刚度，不至于在水中由于受到浮力的影响而产生预料之外的变形，可在其脚蹼背面按照扇形方式均匀地嵌入纤维支撑体，纤维支撑体为碳纤维材料，即纤维支撑材料内嵌入介电弹性体制作而成脚蹼，脚蹼与根柄固定连接共同组成介电弹性体驱动模块，脚蹼上表面与下表面的电极片分别连接根柄的端面与圆周面上，采用强力胶进行固定；四个驱动模块分别通过根柄固定在主体平板的预留的缺口凹槽内，由于电源导线及控制端导线均嵌入在主体平板内，根柄部位的电极片直接与主体平板内的导线相连接；上侧的仿海龟外壳固定连接在主体上，同样在连接部位处进行密封处理，在内部形成密闭内部空腔。仿生海龟机器人的头部装有无线信号收发装置，仿生海龟机器人的尾部由进排水机构组成，头部尾部安装方式与致动模块的安装方式不同，采取固定连接，需要同样采取密封防水处理。上述连接结构构成了本发明所述的一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人。

形状记忆聚合物即介电弹性体通过剪切加工并进行预拉伸得到所需要的脚蹼形状，并在脚蹼背面按照扇形方式均匀的嵌入纤维支撑体，在纤维支撑体的作用下脚蹼的初始状态为弯曲的形状，并将脚蹼的上下表面分别连接上根柄部位所预留的电极片，根柄部位的电极片便于组装的时候直接与主体平板内的导线相连接，从而不需要进一步进行连线，减少了接触不良等危险，同时也便于进行密封处理。

本发明的有益效果是：

1、本发明所述为一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人，通过防水密封限定其在水中环境运动的方式，克服了介电弹性体作为驱动器时变形力小的缺点，充分发挥了介电弹性体作为致动器时变形量大的优点。

2、本发明模块之间接头处采取插拔式连接片处理，连接稳定可靠，且易于更换零部件；导线采用内嵌处理，相对于传统导线，嵌入主体中的导线克服了传统导线的杂乱无章且易阻碍运动的缺点，提高机器人在运动时电路连接的稳定性。

3、本发明驱动模块采用了可变形的介电弹性体为主要制作材料，来制成软体驱动器。使得本发明所述机器人具有较好的抗压能力和抗冲击能力，适宜在江河湖泊浅海等水流较为复杂和有水生生物活动的地方进行探测等活动。

4、本发明通过控制端的无线信号收发模块实现远程控制。

附图说明

图1是本发明所述的一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人的去掉上侧外壳及各个其他部件之后的结构图，便于直观的显示整体结构及各个部分的特征。

图2是本发明所述的一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人的介电弹性体驱动模块通电接口示意图。

图3是本发明所述的一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人的介电弹性体驱动模块结构示意图。

图4是本发明所述的一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人的整体外观结构示意图。

图5是本发明所述的一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人的等轴视图示意图。

图6是本发明所述的一种基于介电弹性体驱动的仿海龟机器人的驱动模块运动时序图。(a)-未通电状态下，在纤维支撑体的一定的支撑作用下保持一定的弯曲状态；(b)-通电状态下，介电弹性体恢复平直状态。

图示说明：1-控制端及电源模块；2-进排水口；3-主体平板；4-插拔式缺口凹槽；5-电极片；6-纤维支撑体；7-脚蹼；8-根柄；9-无线信号收发器；10-尾部进排水机构；11-外壳。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明。

如图1、2、3、4、5所示，本发明为一种基于介电弹性体聚合物的仿生海龟，主要包括安装主体平板3、控制端及电源模块1、介电弹性体驱动模块、头部的无线信号收发模块9、尾部进排水机构10、外壳11等。其中控制端及电源模块1固定安装在主体平板3上；主体平板3主要是由聚氯乙烯塑料固化而成，并可将导线提前预埋在主体平板3内；介电弹性体驱动模块主要是由根柄8和脚蹼7及支撑纤维6三部分组成，脚蹼7使用介电弹性体制作而成，在脚蹼7的上表面与下表面分别安装电极片5，其中一片电极片5与根柄处的圆柱的外圆面相连，另外一个电极片5与根柄8处的端面相连，共同组成介电弹性体驱动模块；四个介电弹性体驱动器模块均通过根柄8部位固定在主体平板3的凹槽内4，使介电弹性体驱动器模块中的根柄部位的电极片5与预留在主体平板3内的导线相连，进而连接上控制端及电源模块1；头部的无线信号收发器9主要由探测器及无线信号收发装备组成，安装在主体平板上预留的缺口处，无线信号收发装备主要是进行无线控制及探测信息传输；尾部进排水机构10是由进排水阀门并在外侧进行防水密封处理而成，安装在主体平板上预留的缺口处，控制端与电源端1是直接安装在主体平板3上，并在其外部套上聚氯乙烯塑料制作而成紧密贴合的防护套。防护套与主体平板连接部位同时使用密封胶条进行密封防水处理，其余连接处的密封均采用密封防水胶条贴合处理，由于外壳11内部形成的巨大空腔，可以通过尾部进排水机构10控制内部空腔的体积大小，进而改变仿海龟机器人的悬浮状态，大大的扩展了探测范围及探测深度；上述连接结构构成了本发明所述的一种基于形状记忆聚合物驱动的仿海龟机器人。

由于工作环境在水下，必须在所有安装部位实施密封处理。具体密封方式可使用密封防水胶条，在安装贴合部位进行密封处理。由于控制端与电源端是直接安装在主体平板上，并在其外部套上聚氯乙烯塑料制作而成紧密贴合的防护套。防护套与主体平板连接部位同时使用密封胶条进行密封防水处理。

基于介电弹性体作为致动器具有变形量大、变形力小等特点，本发明的基于介电弹性体仿海龟机器人采用了整体密封处理方式，设定其在水中活动，使其更加的充分的发挥介电弹性体形变量大的特点，通过调整仿海龟机器人的内部的排水体积关系，使其在水中自由的变换上下深度。

在未通电的情况下，仿海龟机器人的介电弹性体驱动模块在纤维支撑体的支撑及预拉伸的作用下保持弯曲状态，(a)-未通电状态下，介电弹性体脚蹼7在纤维支撑体的作用下处于弯曲状态，(b)-通电以后，由于介电弹性体脚蹼的材料属性，在电压的刺激下，恢复初始的平直状态；当机器人放入水中开始工作，由控制端及电源端1对进排水机构10进行控制，从而改变内部水量，使得机器人在所需要的水深处，保持悬浮状态，此时，介电弹性体驱动模块开始工作，控制端控制电源的通电和断电状态，从而使得介电弹性体驱动模块中的脚蹼7实现由弯曲到平直状态之间的一个往复运动，最终实现基于介电弹性体的仿生海龟的自主运动，环境探测等工作。