本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人。
背景技术：
传统的机器人结构通常由电机、活塞、关节以及铰链等刚性构件组装而成，虽然具有动力足、功率大以及精度高等特点，但是也存在很多不足，例如结构笨重、体积大、输出柔顺性差、容易产生额外噪音且缺乏环境适应性，这些不足大大制约了传统机器人在军事侦察、航空航天探测以及仿生智能驱动等领域的应用。
介电弹性体作为一种电活性智能软材料，具有变形大、响应快、机电转换效率高以及质轻价廉等突出特性在仿生机器人、智能传感与驱动、可控光学以及降噪减震等领域得到了广泛的研究与应用。目前基于介电弹性体的仿生器件主要以智能驱动和传感器为主，虽然也出现了一些基于介电弹性体材料的仿生机器人样机，但这类结构往往驱动力较小、活动范围小且结构稳定性较差，因而很难在实际工况下进行正常工作，为此基于介电弹性体材料开发一款结构紧凑、自身重量轻、驱动力大、柔顺性好以及运动范围大的柔性机器人受到了越来越多的关注。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人，解决了现有介电弹性体仿生机器人成本高、结构复杂的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人，包括具有侧板的车身和两个前后相对设置的纯剪切介电弹性体驱动单元，驱动单元一端固定在车身上，另一端通过连接板将两个驱动单元连接，连接板下表面设置有棘齿齿条，车身侧板中部还设置有一个横穿车身的动力轴，车身的两个侧板上还对称设置有单向轴承，动力轴固定在位于车身两侧板的单向轴承上，动力轴上嵌套有齿轮和传动大齿轮，齿轮与棘齿齿条啮合，
车身上还设置有贯穿车身的前轮轴和后轮轴，前轮轴和后轮轴的两端设置有车轮，前轮轴上还设置有与传动大齿轮相啮合的传动小齿轮，
驱动单元上粘贴有铝箔电极，铝箔电极另一端连接有加载电源。
本发明的特点还在于，
驱动单元包括介电弹性体基体，介电弹性体基体上下两端分别粘贴有刚性夹板，介电弹性体基体两个表面还对称粘贴有若干对约束条，介电弹性体基体两个表面和约束条外表面覆盖有一层柔性电极层，
铝箔电极分别粘贴在驱动单元两个表面的柔性电极层上。
棘齿齿条齿的倾斜角度大于齿轮齿的倾斜角度。
加载电源为两个驱动单元加载振幅与周期相同、相位差为180°的交变电压。
约束条、刚性夹板是厚度为1mm的pmma板材。
车身是由前肋板、后肋板和两个侧板组成的矩形结构。
本发明的有益效果是，本发明的一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人为介电弹性体驱动元件在外加电路动态电压激励下的往复变形，通过新颖紧凑的结构设计将驱动单元的面内变形转换为所需的旋转运动，从而提升了纯剪切介电弹性体驱动元件的驱动性能；结合加载电压的幅值、频率以及波形可以有效的控制柔性机器人的运动性能。本发明所设计的柔性机器人结构紧凑、自身重量轻、操控便捷且不易产生噪声，且成本低廉，在军事侦查以及航空航天探测等领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1是本发明一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人的结构示意图；
图2是本发明一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人棘齿齿条与齿轮啮合放大图；
图3是本发明一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人驱动单元的结构示意图。
图中，1.驱动单元，2.动力轴，3.齿轮，4.传动大齿轮，5.连接板，6.棘齿齿条，7.前轮轴，8.传动小齿轮，10.单向轴承，11.车身，12.车轮，13.后轮轴，21.柔性电极层，22.介电弹性体基体，23.刚性夹板，24.约束条。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人结构如图1所示，包括具有侧板的车身11和两个前后相对设置的纯剪切介电弹性体驱动单元1，驱动单元1一端固定在车身11上，另一端通过连接板5将两个驱动单元1连接，连接板5下表面设置有棘齿齿条6，车身11侧板中部还设置有一个横穿车身的动力轴2，车身11的两个侧板上还对称设置有单向轴承10，动力轴2固定在位于车身11两侧板的单向轴承10上，动力轴2上嵌套有齿轮3和传动大齿轮4，齿轮3与棘齿齿条6啮合，
车身11上还设置有贯穿车身11的前轮轴7和后轮轴13，前轮轴7和后轮轴13的两端设置有车轮12，前轮轴7上还设置有与传动大齿轮4相啮合的传动小齿轮8，
驱动单元1上粘贴有铝箔电极，铝箔电极另一端连接有加载电源。
如图3所示，驱动单元1包括介电弹性体基体22，介电弹性体基体22上下两端分别粘贴有刚性夹板23，介电弹性体基体22两个表面还对称粘贴有若干对约束条24，介电弹性体基体22两个表面和约束条24外表面覆盖有一层柔性电极层21，
铝箔电极分别粘贴在驱动单元1两个表面的柔性电极层21上，
柔性电极层21的覆盖范围为矩形，柔性电极层21高度为两个刚性夹板23之间的垂直距离，宽度小于约束条24长度，需在约束条两端留出一定的空白区域。
棘齿齿条6齿的倾斜角度大于齿轮3齿的倾斜角度。
加载电源为两个驱动单元1加载振幅与周期相同、相位差为180°的交变电压。
约束条24、刚性夹板23是厚度为1mm的pmma板材。
车身11是由前肋板、后肋板和两个侧板组成的矩形结构。
一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人是将两个相同规格的纯剪切介电弹性体驱动单元1通过中间的连接板与棘齿齿条6串联，棘齿齿条6与固定在动力轴2上的齿轮3啮合，动力轴2通过单向轴承10固定在车身上，其中单向轴承10用来改变棘齿齿条6与齿轮3的啮合状态；当齿条齿轮啮合时，齿条产生的直线运动将带动齿轮旋转，并通过传动大齿轮、传动小齿轮以及前后轮轴实现柔性小车的驱动。
如图2所示，本发明利用棘轮单向运动的原理，在齿条上模仿棘轮，设计出一系列带有特殊角度齿棘齿齿条6，齿条推程时，齿轮3进行正转，棘齿齿条6回程时，由于齿的倾斜度大，棘齿齿条6的无法带动齿轮3，从而不带动齿轮3转动，这样，齿条在来回拉动时，齿轮便可以进行单向运动了。
一种基于介电弹性体驱动的柔性机器人的运动方法，具体实现步骤为：
初始状态时，前后两个驱动单元均处于预拉伸状态，棘齿齿条与齿轮啮合并位于中间位置；通过加载电源给介电弹性体驱动单元1加载相位差为180度的交变电压；驱动单元1产生纵向扩张变形，在后驱动单元1弹性拉力的作用下齿条向前移动，由于单向轴承的约束作用，此时棘齿齿条6与齿轮3脱离啮合；当后驱动单元加载而前驱动单元卸载时，前驱动单元的弹性恢复力使得齿条向前移动，从而带动齿轮旋转并经过动力轴、传动大齿轮、传动小齿轮以及前轮轴来驱动柔性机器人向前运动；通过对前、后纯剪切介电弹性体驱动单元反复施加不同相位差的电压，可实现柔性机器人的连续性运动，电压加载的振幅、周期以及波形的调控可改变柔性小车的运动特性。
本发明所设计的柔性机器人不仅结构简单新颖、可操作性强、价格成本低廉、结构稳定性良好，而且能够通过调节外加电路加载电压的幅值、频率以及波形来控制柔性机器人运动特性，特别对于新型介电弹性体驱动器以及仿生机器人的设计和研究具有较强的通用与扩展性。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术在不脱离本发明构思的前提下所作出的任何修改、补充以及简单的推演或替换都应包含在本发明的保护范围之内。