[发明专利]基于智能材料驱动的软体管道探测机器人

说明书

本发明公开了一种基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，包括伸长单元和两个锚固单元，伸长单元包括柱状的第一介电弹性体驱动器，第一介电弹性体驱动器施加电压后轴向伸长；两个锚固单元中的一个锚固单元为前部锚固单元且另一个锚固单元为后部锚固单元，两个锚固单元分别位于伸长单元的轴向两端且与伸长单元同轴对接相连；每一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，两个柔性铰链的多个支链末端一一对应地粘贴相连形成锚固足；当第二介电弹性体驱动器施加电压后，第二介电弹性体驱动器轴向伸长而使得锚固单元的径向尺寸缩小。本发明结构简单，整体更容易小型化，可实现在狭窄管道内的快速移动。

技术领域

本发明涉及管道探测机器人技术领域，尤其是涉及一种基于智能材料驱动的软体管道探测机器人。

背景技术

近年来，随着微电子技术、微传感技术、精密加工技术以及新材料的发展，使得机器人领域的一个重要分支—轻小型移动机器人得以蓬勃发展，其中，又以具有柔顺性、安全性、共融性等特征的软体机器人为典型代表。软体机器人由于尺度小、质量轻、运动灵活，因而在军事侦察、大型发动机检测、灾难救援、医学工程等领域具有广阔的应用前景。在软体机器人的众多应用领域中，其柔软大变形的特性特别适合进行管道或人体自然腔道检测。一些大型航空发动机的管道直径只有几毫米，传统的电机加齿轮箱的驱动模式的机器人难以微型化，适用于微型管道检测的机器人设计制造难度极大。

近年来，应用于管道移动机器人的新型驱动技术被大量开发。根据驱动原理不同，目前研发的新型驱动技术主要包括基于压电材料的驱动、基于形状记忆合金的驱动和气动驱动器等。形状记忆合金响应速度较慢，压电材料易碎，加工制造复杂形状难度大，而气动驱动也通常需要庞大的外部气源及气路系统而受到限制。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，结构简单，整体更容易小型化，可实现在狭窄管道内的快速移动，可以适应复杂弯曲管道环境探测的需求。

根据本发明实施例的基于智能材料驱动的软体管道探测机器人，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。