[发明专利]一种仿水母磁控微型软体机器人及其制备方法和驱动方法

说明书

本发明公开了一种仿水母磁控微型软体机器人，包括位于同一平面上的一个头部和五条均布在头部圆周方向上且呈辐射状布置的活动臂；其中，活动臂包括上臂、前臂和手部；头部、上臂、前臂和手部通过弹性筋依次连接；头部、上臂、前臂和手部均为具有不同磁场方向的刚性件，使五条活动臂能够在外加磁场的作用下发生多自由度运动并能在外部磁场的作用下能够弯曲抱合为一个类十二面体；该仿水母磁控微型软体机器人结构和制作工艺简单，且易于控制，在变换磁场的驱动下能实现包括夹持物体、爬行运动、滚动运动、水平拖动运动、螺旋式游泳运动以及张合式游泳运动六种运动模式，具有极高的生物形态模拟特性和重复使用特性。

技术领域

本发明涉及微型机器人技术领域，特别涉及一种仿水母磁控微型软体机器人及其制备方法和驱动方法。

背景技术

目前，国内对仿水母机器人研究较少，已有的一些仿水母机器人也都是厘米级别的，而且多采用内部能源供给的驱动方式，多只用于水下探测。已公开专利申请CN201810400089.9公开了一种多自由度仿生水母机器人，其包括基体、四条机械臂、生物膜；该机器人具有模拟生物形态，自由度多等特点，但是由于尺寸较大只适用于一些普通的工作环境。

微型机器人由于其结构尺寸微小、器件精密，可应用在复杂环境下其他机器人无法工作的场合，进行微定位和微操作等。微型机器人已成为现代化机器人技术发展的一个重要方向，在医疗、生物工程、健康领域取得了较大的进步，逐步从实验研究进入临床应用阶段。

近年来，随着微机电技术、传感技术、通讯及自动控制技术等领域的飞速进步，微型机器人取得了快速发展。已公开专利申请CN 201510547146.2公开了一种微型机器人胶囊，该微型机器人胶囊能够进行机械运动，实现标记功能，可经医护人员控制，进而实现疾病筛选和标记，也可进行靶位点投递药物；该机器人采用了内部能源供给的驱动方式，导致占用了大量内部空间增大了机器人尺寸，且有限的能量使得机器人的工作时间受到限制，此外刚性微型机器人有可能损伤人体内部组织，而以柔性软体材料制造的微型机器人是微型机器人发展的一个新方向。

另外，目前微型机器人的驱动方式主要由两种，有缆驱动和无缆驱动。但是由于微型机器人体积小，很难实现微型机器人的内置能量供给，无缆化是微型机器人发展的必然趋势。目前无缆微型机器人的驱动控制方式有光、电、热及磁场等。其中，磁场作为一种获取简单、调试方便、能够无损穿透生物组织的驱动方式，引起了国内外研究人员的广泛关注。已公开专利申请CN 201711287241.9公开了一种磁控定向快速移动的微纳米机器人，该机器人能够在雷诺数低的环境中进行弯曲和摆动，从而驱使机器人快速移动。但是，该机器人受限于结构设计，只能实现延磁场方向的快速移动，而没有其他的运动模式，功能较为单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在变换磁场的驱动下能实现多模式运动的仿水母磁控微型软体机器人。

本发明的另一目的是提供一种制备上述仿水母磁控微型软体机器人的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种驱动上述仿水母磁控微型软体机器人实现多自由度运动的方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种仿水母磁控微型软体机器人，包括位于同一平面上的一个头部和五条均布在头部圆周方向上且呈辐射状布置的活动臂；五条活动臂的结构完全相同，其包括上臂、前臂和手部；头部、上臂、前臂和手部通过弹性筋依次连接；头部、上臂、前臂和手部均为具有不同磁场方向的刚性件，其中，头部的磁场方向为沿轴向向上，上臂的磁场方向为以头部的磁场方向为基准逆时针转动不超过90°而形成的斜向向上的磁场方向，手部的磁场方向为沿轴向向下，前臂的磁场方向为以手部的磁场方向为基准逆时针转动不超过90°而形成的斜向向下的磁场方向，使五条活动臂能够在外加磁场的作用下发生多自由度运动并能在外部磁场的作用下能够弯曲抱合为一个类十二面体。