本發(fā)明涉及柔性機(jī)器人，特別是涉及基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，光驅(qū)動的毫米尺度仿生柔性執(zhí)行器因其優(yōu)異的靈活性和可操作性顯示出了巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景，得到了廣泛的關(guān)注和研究。與其他電驅(qū)動、溫度、磁場等驅(qū)動方式相比，光驅(qū)動具有遠(yuǎn)距離和無線控制、自由調(diào)節(jié)強(qiáng)度等功能，刺激精度高的優(yōu)點(diǎn)。由柔性材料制成的執(zhí)行器整體更輕量化和小型化，可以在更復(fù)雜的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。賦予柔性執(zhí)行器兩棲運(yùn)動能力可以極大地?cái)U(kuò)大其環(huán)境適應(yīng)性，使其成為復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)的理想選擇。

2、得益于光驅(qū)動柔性執(zhí)行器的優(yōu)良性能，研究者們已經(jīng)對光驅(qū)動柔性執(zhí)行器的水/陸運(yùn)動功能應(yīng)用進(jìn)行了一些研究，在陸地上實(shí)現(xiàn)了爬行、跳躍、滾動等運(yùn)動，在水中實(shí)現(xiàn)了擺鰭游泳運(yùn)動、利用馬蘭戈尼效應(yīng)驅(qū)動執(zhí)行器運(yùn)動等。這些工作已經(jīng)展示了光驅(qū)動執(zhí)行器在陸地和水中運(yùn)動的前景，但是他們大多數(shù)只能進(jìn)行單一的陸地爬行或者水面游動。并且對于如何讓水陸兩棲柔性執(zhí)行器小型化，并且在小型化的同時(shí)還不損失其運(yùn)動性能，甚至對執(zhí)行器運(yùn)動性能有更好地提升依然缺乏研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對現(xiàn)有柔性機(jī)器人只能在單一環(huán)境下驅(qū)動的問題，提供一種基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人及其制備方法。

2、一種基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人，其包括：

3、軀體，其用于受光照時(shí)，軀體在長度方向上進(jìn)行彎曲狀態(tài)和伸直狀態(tài)之間的切換；以及

4、兩個足部，其分別連接在軀體長度方向上的兩端；所述足部包括：

5、連接板，其一側(cè)與軀體的端部連接；

6、多個柱體，其與連接板遠(yuǎn)離軀體的一側(cè)連接；多個所述柱體之間平行設(shè)置，且柱體與連接板之間的夾角為45°～80°；當(dāng)所述軀體處于彎曲狀態(tài)時(shí)，兩個所述足部上的所述柱體均向同一側(cè)傾斜，且柱體傾斜方向所構(gòu)成的面與軀體彎曲方向所構(gòu)成的面為平行狀態(tài)；多個所述柱體用于在軀體狀態(tài)變換時(shí)，為軀體的兩端提供不同的作用力；多個所述柱體還用于將空氣吸附在柱體間隙中，并形成穩(wěn)定氣膜。

7、作為優(yōu)選實(shí)例，所述軀體為長條狀的雙層膜結(jié)構(gòu)，所述雙層膜結(jié)構(gòu)包括相互固化連接的cnt層和pdms層。

8、作為優(yōu)選實(shí)例，所述柱體的半徑為0.10～0.25mm，長度為0.3～0.7mm；相鄰所述柱體之間的間隙為400～600μm。

9、作為優(yōu)選實(shí)例，所述柱體的材質(zhì)為pdms、固化劑和碳粉的混合物。

10、作為優(yōu)選實(shí)例，所述柱體的形狀為圓柱體、三棱柱、四棱柱或五棱柱。

11、作為優(yōu)選實(shí)例，所述兩棲柔性機(jī)器人在陸地面上運(yùn)動時(shí)，軀體兩端所述足部的位移量不同，使得所述兩棲柔性機(jī)器人向軀體的其中一端移動。

12、作為優(yōu)選實(shí)例，所述兩棲柔性機(jī)器人在水面上運(yùn)動時(shí)，當(dāng)光照射在足部不同位置，由于馬蘭戈尼效應(yīng)，所述兩棲柔性機(jī)器人能夠向前、后、左或右方向移動。

13、基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人的制備方法，其對如上所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人進(jìn)行制備；所述制備方法包括以下步驟：

14、制備兩棲柔性機(jī)器人的軀體；制備兩棲柔性機(jī)器人的足部；其中，制備兩棲柔性機(jī)器人足部的方法包括以下步驟：

15、將基板沿水平面傾斜10°～45°后固定；

16、利用飛秒激光沿重力方向在基板上開設(shè)多個微孔；微孔的半徑設(shè)置為0.10～0.25mm，深度設(shè)置為0.3～0.7mm；相鄰微孔之間的間隙為400～600μm；

17、將提前調(diào)配好的足部原料均勻涂覆在基板上，并保證足部原料注入到微孔中；將涂覆好的足部原料進(jìn)行固化，固化后將其從基板上脫模，得到帶有傾斜微柱的足部；

18、將足部連接到軀體的兩端，得到兩棲柔性機(jī)器人。

19、作為優(yōu)選實(shí)例，制備兩棲柔性機(jī)器人軀體的方法包括以下步驟：

20、將cnt懸浮液放置在玻璃基板上，隨后將cnt懸浮液蒸發(fā)，得到cnt層；

21、將pdms和固化劑混合后均勻涂覆在cnt層上，固化后得到cnt/pdms雙層膜；

22、對cnt/pdms雙層膜進(jìn)行切割，得到長條狀的軀體。

23、作為優(yōu)選實(shí)例，所述足部原料按質(zhì)量比包括以下組分：

24、pdms：固化劑：碳粉＝10:1:10。

25、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過帶有傾斜微柱的足部的設(shè)計(jì)，其能夠增大柔性機(jī)器人在陸地面爬行時(shí)前后兩端的作用力大小差，從而使得柔性機(jī)器人能夠爬行的同時(shí)大大地提高了爬行效率。同時(shí)足部能夠幫助柔性機(jī)器人漂浮在水面上，并且傾斜微柱之間能夠吸附空氣形成穩(wěn)定氣膜，進(jìn)一步減小了柔性機(jī)器人在水面上的阻力，加快了柔性機(jī)器人在水面上的移動速度，最終實(shí)現(xiàn)了柔性機(jī)器人能夠在水陸兩棲環(huán)境下進(jìn)行驅(qū)動的目的，并使得水陸兩棲柔性機(jī)器人在小型化的同時(shí)還不損失其運(yùn)動性能，為水陸兩棲光驅(qū)動執(zhí)行器提供了一種新的設(shè)計(jì)方向。

技術(shù)特征：

1.一種基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人，其特征在于，其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人，其特征在于，所述軀體(1)為長條狀的雙層膜結(jié)構(gòu)，所述雙層膜結(jié)構(gòu)包括相互固化連接的cnt層和pdms層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人，其特征在于，所述柱體(22)的半徑為0.10～0.25mm，長度為0.3～0.7mm；相鄰所述柱體(22)之間的間隙為400～600μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人，其特征在于，所述柱體(22)的材質(zhì)為pdms、固化劑和碳粉的混合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人，其特征在于，所述柱體(22)的形狀為圓柱體(22)、三棱柱、四棱柱或五棱柱。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人，其特征在于，所述兩棲柔性機(jī)器人在陸地面上運(yùn)動時(shí)，軀體(1)兩端所述足部(2)的位移量不同，使得所述兩棲柔性機(jī)器人向軀體(1)的其中一端移動。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人，其特征在于，所述兩棲柔性機(jī)器人在水面上運(yùn)動時(shí)，當(dāng)光照射在足部(2)不同位置，由于馬蘭戈尼效應(yīng)，所述兩棲柔性機(jī)器人能夠向前、后、左或右方向移動。

8.基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人的制備方法，其特征在于，其對如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人進(jìn)行制備；所述制備方法包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人的制備方法，其特征在于，制備兩棲柔性機(jī)器人軀體(1)的方法包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人的制備方法，其特征在于，所述足部(2)原料按質(zhì)量比包括以下組分：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人及其制備方法。一種基于微柱結(jié)構(gòu)的兩棲柔性機(jī)器人包括軀體和連接在軀體兩端的足部；軀體用于受光照時(shí)，軀體在長度方向上進(jìn)行彎曲狀態(tài)和伸直狀態(tài)之間的切換；兩個足部分別連接在軀體長度方向上的兩端。本發(fā)明通過帶有傾斜微柱的足部的設(shè)計(jì)，其能夠增大柔性機(jī)器人在陸地面爬行時(shí)前后兩端的作用力大小差，從而使得柔性機(jī)器人能夠爬行的同時(shí)大大地提高了爬行效率。同時(shí)足部能夠幫助柔性機(jī)器人漂浮在水面上，并且傾斜微柱之間能夠吸附空氣形成穩(wěn)定氣膜，進(jìn)一步減小了柔性機(jī)器人在水面上的阻力，加快了柔性機(jī)器人在水面上的移動速度，最終實(shí)現(xiàn)了柔性機(jī)器人能夠在水陸兩棲環(huán)境下進(jìn)行驅(qū)動的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：張晨初,李凡,勞召欣,朱遠(yuǎn)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6