[发明专利]一种基于液态金属的半柔性机器人

说明书

本发明公开了一种基于液态金属的半柔性机器人及应用；半柔性机器人包括：机器人躯干，躯干内安装的储能装置，连接在躯干上的多自由度运动的手臂执行机构，连接在手臂执行机构末端上的手形执行机构，分布于机器人内部的液态金属柔性电路；通过对液态金属材料的应用，实现了人形机器人结构多样，刚柔结合的特点；相比于传统机器人的刚性连杆设计，基于液态金属的仿人机器人适应的应用场景更多样，可靠性与耐损伤性能也有所提高，这也为未来可以自由变形的液态金属机器人的研发提供了基础。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及人形或半人形机器人，特别涉及一种基于液态金属的半柔性机器人及应用。

背景技术

近些年来，随着计算技术、新材料和电子技术的迅猛发展，作为集多种科学技术为一体的机器人逐渐从科幻小说和影视作品中走向人们的日常生活。无论是在工厂中组装零件的工业机器人，抑或是在庭院中清扫落叶的家用机器人，机器人的运用为人类的生产生活提供了极大的便利。人形机器人是具有人类外形特征的一类机器人，在军事侦察、医疗卫生以及家庭服务等领域有着广泛的应用前景。

传统机器人经过多年发展，在硬件以及材料与机械结构的选择上已经形成了较为成熟与通用的方案。传统人形机器人，包括工业机械臂在内，通常使用多连杆结构，在关节位置使用电机作为驱动装置。也有部分对输出力矩要求较高的机器人使用液压油传动的液压杆。在材料上，传统机器人多使用金属或塑料等刚性材料，机器人的自由度数有限，相比于生物体，其可以应用的环境也相应受到了限制。

传统的刚性机器人一般采用液压或电机驱动方式，可以提供较大的机械力量，然而刚性机器人的灵活性远远不如生物体，因而无法完全代替人类完成一些精细操作。由柔性材料制造而成的柔性机器人则由于其材料的高顺应性而具有灵活的变形能力以及对各种复杂环境的适应性。近些年来许多研究人员将可变形柔性材料应用于柔性机器人的制造，例如充气橡胶、介电弹性体、电致伸缩弹性体、碳纳米管和聚合物纤维等。目前这类材料在人工肌肉研究中得到广泛的应用，有些柔性变形材料可以提供远大于生物肌肉的变形能力。

液态金属是熔点不超过铝熔融温度(660.37℃)的十七种金属的总称。这十七种金属分别是汞、铯、镓、铷、钾、钠、铟、锂、锡、铋、铊、镉、铅、锌、锑、镁、铝。另外，还有许多合金以及上述金属的合金在室温甚至在更低的温度时也为液态。液态金属本身具有很好的导电性，并且在常温下处于液体状态，通常以镓金属或者镓基合金，以及含有铟的伍德合金为主。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种基于液态金属的半柔性机器人及应用，使用了可弯曲的柔性电路，以及利用液态金属驱动的末端执行机构，能够适应更多样化的使用场景，且可靠性与可修复性更高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

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，机器人躯干内置有储能装置，储能装置通过柔性电路与执行机构相连接；

所述的柔性电路包括微控制芯片和封装有液态金属的柔性导线，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或合金的混合物。

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。

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

所述的手臂执行机构为能够多自由度运动的机器人手臂；