[发明专利]基于IPMC驱动的三自由度仿生眼

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能材料的应用，具体涉及一种采用智能材料IPMC（离子聚合物-金属复合材料）驱动的视觉仿生器件。

背景技术

通过模拟生物眼来构建人工视觉系统，使其具有类似于生物眼睛的特征或功能，称之为仿生眼。目前，仿生眼在医疗、机器人、电子检测等领域都具有重要应用。

到目前为止，关于仿生眼的研究已引起了国内外学者的关注，申请号为200720106951.2和200810060006.2的专利文献公开了有关仿生眼的研究成果，通过并联气动技术采用六个人工肌肉代替人类眼睛三对肌肉的结构来模拟人类眼睛的运动形态。申请号为201010126955.3和201210075047.5的专利文献提出一种三自由度并联机构来模拟人眼的运动方式，通过三个电机带动丝杆螺母，控制动平台的姿态，以确定眼睛的姿态。虽然上述结构在一定的程度上实现了人眼的功能，但都存在结构复杂，体积较大，运动方式单一等缺点，广泛应用存在一定困难。

新型智能材料—IPMC的出现，为仿生眼的设计提供了一种全新思路。这种材料具有传感-致动的双向机电转换功能，兼具质量轻、柔韧性好、反应迅速，施加1-3V的电压能产生大的弯曲变形等特点，作为驱动器已应用于动物脚掌、人体手臂，仿生鱼等仿生领域。申请号为201110009203.3的专利文献通过作为驱动结构，提出了两种仿生眼球：一种是采用IPMC结构驱动一体化的一维摆动仿生眼球；另一种是弹簧支撑的能够实现上下左右二维运动的仿生眼球。然而这两种仿生眼球过于简单，实现的运动单一，且不能长时间在空气中使用，未能完全体现IPMC材料的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用片状2D（二维）-IPMC驱动器作为底部驱动结构，利用柱状3D（三维）-IPMC驱动器作为眼球驱动结构，经过封装制成的仿生眼。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种基于IPMC驱动的三自由度仿生眼，其特征在于，包括基座，该基座上表面设有一个往下凹进的腔体，该腔体底面上至少布置三个引伸至基座外侧面的平面对电极，每个对电极都与一个2D-IPMC驱动器片的引出对电极连接，该多个2D-IPMC驱动器片的自由端在腔体底面上规则排列；一个尺寸稍小于腔体、形状与腔体相同的底板的下表面固定在所述多个2D-IPMC驱动器片自由端上，该底板的中心设有孔，通过孔内壁设置的至少两个孔对电极连接一个柱状3D-IPMC驱动器的引出对电极端，该柱状3D-IPMC驱动器的另一端与一个半圆形眼球相连，该半圆形眼球外设置有一个与眼球同轴的球冠保护壳。

上述方案中，所述基座由方形的基板与固定架通过四角的连接孔连接而成，所述固定架为一框架，其内腔与基板上表面构成向上开放的腔体，腔体底面，也即基板和固定架之间的连接面上预先贴有四个平面对电极，每个平面对电极均处于固定架边框靠近连接孔的位置，并贯通边框内外；每个平面对电极均连接一个2D-IPMC驱动器片的引出对电极，该2D-IPMC驱动器片的自由端伸进腔体内，与其连接电极的边框保持垂直，与相邻边框保持平行。

所述底板为正方形板结构，底板下面各边边缘处开有相互贯通的驱动器固定槽，槽的宽度比2D-IPMC驱动器片的宽度稍大，底板下表面与2D-IPMC驱动器片自由端连接时，该四个固定槽刚好将四个2D-IPMC驱动器片自由端卡住。

所述柱状3D-IPMC驱动器为正四棱柱状结构。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1）利用2D-IPMC驱动器的弯曲变形特性，通过巧妙的设计将弯曲运动转化为直线运动，实现仿生眼的“凸起”运动。

2）当向每个对电极施加不同的电压时，柱形3D-IPMC驱动器会产生多种弯曲形态，进而实现眼睛的上视、下视、侧视以及斜视功能。

3）3D-IPMC材料采用铸膜技术铸造，2D和3D-IPMC材料均经过封装工艺处理，可以增加在空气中的使用期限。

本发明通过2维和3维的IPMC悬臂的简单结构，就能实现仿生眼模拟眼睛的多种运动形态，为仿生眼的普及应用提供了可能，具有很强的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明三自由度仿生眼结构剖面图。

图2为本发明三自由度仿生眼一个具体实施例的三维分解图。

图3为图2仿生眼中基座固定架结构三维图（底面）。

图4为图2仿生眼中底板结构三维图（底面）。