[发明专利]一种基于液态金属的半柔性机器人

权利要求书

1.一种基于液态金属的半柔性机器人，包括机器人躯干以及与其连接的执行机构，其特征在于，机器人躯干(1)内置有储能装置(3)，储能装置(3)通过柔性电路(6)与执行机构相连接；

所述的柔性电路(6)包括微控制芯片(6b)和封装有液态金属的柔性导线(6a)，液态金属作为动力电流和/或电子信号传递的传导通道，柔性导线允许一定范围内弯曲或变形；

所述的柔性导线是外部为绝缘的柔性材料，内部封装有液态金属材料；

所述的液态金属材料为常温下处于液体状态的金属；

所述的执行机构包括与机器人躯干相连接的手臂执行机构(4)，在手臂执行机构(4)的末端连接有手形执行机构(5)；

所述的手臂执行机构(4)为能够多自由度运动的机器人手臂；

所述的手形执行机构(5)包括能够变形的手形机构和基于液体金属的触发变形机构，液态金属作为机器人可变形执行机构的变形诱发介质或传导介质；

所述的触发变形机构是引起液体金属的质量分布变化、形状分布变化、电致变形和/或液压变化的机构；触发变形机构触发液体金属改变状态带动手形机构变形；

所述的柔性导线采用以下封装方式之一或其结合进行封装：

封装方式a：在柔性基底上喷涂或涂抹打印液态金属材料，对液态金属材料不封装或用柔性材料涂覆封装；

封装方式b：在柔性微管道内封装入液态金属；

所述的手臂执行机构(4)的关节节点采用电机或液压驱动的结构，或者采用电致变形材料，配合对应的机械结构产生多自由度运动；

所述的储能装置(3)为液态金属燃料电池，液态金属燃料电池包括相隔绝的氧化舱和氢气反应舱，氢气反应舱内设有浸没在酸性、碱性或中性的电解质溶液(3c)中的液态金属材料(3a)与铝(3b)，两者反应生成的氢气(3d)通过连接孔与反应舱(3e)的还原端相连通；氧化舱内存储有氧化剂(3f)，氧化剂(3f)通过连接孔与反应舱的氧化端相连通；氢气(3d)与氧化剂(3f)在反应舱(3e)内通过氧化还原反应产生电能。

2.如权利要求1所述的基于液态金属的半柔性机器人，其特征在于，所述的手形执行机构(5)采用以下变形方式之一或其结合进行变形：

变形方式a：通过管道与泵，改变液态金属在手形执行机构中的位置与质量分布，通过重力作用产生变形；

变形方式b：将液态金属附着或封装于执行元件，外加电场使得液态金属收缩，改变执行元件的形状产生变形；

变形方式c：将液态金属作为薄膜电极，驱动人工肌肉材料产生弯曲变形；

变形方式d：将液态金属作为循环工质，通过液压机构产生运动或变形。

3.如权利要求1所述的基于液态金属的半柔性机器人，其特征在于，所述的手形执行机构(5)包括由柔性材料构成的手形机构，液态金属通过喷涂或涂抹打印的方式涂覆在柔性材料的基底表面；当外加电场施加于液态金属后，其表面张力发生变化，带动柔性基底发生弯曲，形成对待操作物体的夹持。

4.如权利要求1所述的基于液态金属的半柔性机器人，其特征在于，所述的手形执行机构(5)包括柔性材料构成的手形机构，液态金属封装在柔性材料内中空的管道内；当手形执行机构尚未夹持时，液态金属材料位于远离端部的位置，管道未变形；当手形执行机构需要夹持时，液态金属通过泵的作用运输到手形机构端部位置，增加端部的质量，在重力作用下手形机构发生弯曲，对待操作物体形成夹持。

5.如权利要求1所述的基于液态金属的半柔性机器人，其特征在于，所述的手形执行机构(5)包括以转轴相连接的液压臂作为手形机构，其中上节液压臂与液压装置的液压箱相连接，下节液压臂与液压装置的液压杆相连接，液压箱内充有液态金属作为流动工质；当液态金属材料开始向液压箱填充，推动液压杆伸长，带动下节液压臂相对转轴向下转动，使得手形执行机构发生弯曲，对待操作物体形成夹持。

6.如权利要求1～5任何一项所述的基于液态金属的半柔性机器人，其特征在于，所述的机器人躯干、执行机构的支撑部分采用刚性材料或柔性材料，或者采用混合刚性材料与柔性材料形成复合结构；机器人为人形或半人形机器人。