[发明专利]基于智能材料驱动的软体管道探测机器人

权利要求书

1.一种基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，其特征在于，包括：

伸长单元，所述伸长单元包括柱状的第一介电弹性体驱动器，所述第一介电弹性体驱动器施加电压后轴向伸长；

两个锚固单元，两个所述锚固单元中的一个所述锚固单元为前部锚固单元且另一个所述锚固单元为后部锚固单元，两个所述锚固单元分别位于所述伸长单元的轴向两端且与所述伸长单元同轴对接相连；每一所述锚固单元包括柱状的第二介电弹性体驱动器和两个柔性铰链，每一所述柔性铰链包括基部和多个支链，多个所述支链围绕所述基部的周边阵列分布，多个所述支链均包括支链主体和支链末端，所述支链主体的一端与所述基部的周边之间以及所述支链主体的另一端与所述支链末端的一端之间均采用柔性连接，两个所述柔性铰链的所述基部分别一一对应地与所述第二介电弹性体驱动器的轴向两端相连，两个所述柔性铰链的多个所述支链末端一一对应地粘贴相连形成锚固足，并使得两个所述柔性铰链的多个所述支链与所述第二介电弹性体驱动器的外周面呈锐角布置；当所述第二介电弹性体驱动器施加电压后，所述第二介电弹性体驱动器轴向伸长而使得所述锚固单元的径向尺寸缩小；

工作时，所述基于智能材料驱动的软体管道探测机器人置于管道中后，由于两个所述锚固单元的初始直径比所述管道的内直径大，因而两个所述锚固单元在径向方向上会经预压缩后被放置于所述管道中并通过所述锚固足锚固在所述管道的内壁上，由于两个所述锚固单元的所述第二介电弹性体驱动器本身弹力的作用会产生预紧力，当所述前部锚固单元施加电压后而使自身预紧力减小，同时所述伸长单元施加电压后自身轴向伸长，使得所述基于智能材料驱动的软体管道探测机器人前伸一段距离，进而所述前部锚固单元断电而使自身锚固力恢复，将所述基于智能材料驱动的软体管道探测机器人前伸距离锁住，而所述后部锚固单元开始施加电压而使自身锚固力减小，所述伸长单元断电后在弹性力的作用下恢复长度，带动所述后部锚固单元前进，从而使所述基于智能材料驱动的软体管道探测机器人在两个所述锚固单元及所述伸长单元的协调下实现前进运动；

每一所述柔性铰链由复合材料切割而成，所述复合材料为柔性薄膜、粘接片和碳纤维板热压后得到，其中，所述柔性薄膜的两侧均设有所述粘接片和所述碳纤维板，所述粘接片将所述碳纤维板与所述柔性薄膜粘结固定，所述粘接片和所述碳纤维板在对应于所述柔性铰链上的所述柔性连接的部位处均设置镂空部。

2.根据权利要求1所述的基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，其特征在于，所述伸长单元还包括分别嵌设有第一磁铁的两个第一连接件以及分别嵌设有第二磁铁的两个同心结构件，两个所述第一连接件分别对应地固定在所述第一介电弹性体驱动器的轴向两端上，两个所述同心结构件的所述第二磁铁与两个所述第一连接件中的所述第一磁铁吸合相连；每一所述锚固单元还包括嵌设有第三磁铁的第二连接件，所述第二连接件固定在所述锚固单元的两个所述柔性铰链的其中一个所述柔性铰链的基部上；两个所述锚固单元分别通过各自的所述第二连接件中的所述第三磁铁与所述伸长单元的相应的所述同心结构件中的所述第二磁铁吸合，以使两个所述锚固单元与所述伸长单元分别对接相连。

3.根据权利要求1所述的基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，其特征在于，

所述第一介电弹性体驱动器和所述第二介电弹性体驱动器分别为圆柱状且分别由片状驱动器卷绕而成，所述片状驱动器具有在电压加载下会发生厚度减小且面积扩张的变形行为特性。

4.根据权利要求3所述的基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，其特征在于，所述片状驱动器由硅橡胶层和碳纳米管电极层依次交替堆叠而成。

5.根据权利要求4所述的基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，其特征在于，所述第一介电弹性体驱动器中的所述硅橡胶层的材料由第一硅橡胶与第二硅橡胶按照1：1的比例混合而成。

6.根据权利要求4所述的基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，其特征在于，

所述第二介电弹性体驱动器中的所述硅橡胶层的材料由第三硅橡胶与第四硅橡胶按照3：1的比例混合而成。