[发明专利]一种基于IPMC驱动的仿生蛇头装置

说明书

本发明涉及一种基于IPMC驱动的仿生蛇头装置。目的是提供一种仿生蛇头装置；该装置结构简单，体积小巧，为IPMC材料作为机器人的驱动材料做了更加深入的探求。技术方案是：一种基于IPMC驱动的仿生蛇头装置，其特征在于：该装置包括上部壳体、通过转动轴与上部壳体铰接从而形成蛇嘴形状的下部壳体以及安装在上部壳体用于探测蛇头前方状况的眼睛；所述上部壳体与下部壳体分别开设有空腔并且两个空腔连为一体，空腔内设置有IPMC驱动器、电池以及按钮开关；所述上部壳体、下部壳体全部采用IPMC驱动材料制成；所述IPMC驱动器通过外接电极片分别与上部壳体内壁与下部壳体内壁相连，以实现仿生蛇嘴的开闭运动。

技术领域

本发明涉及一种基于IPMC驱动的仿生蛇头装置，属于IPMC材料技术领域。

背景技术

随着机械学的不断成熟，机器人逐渐从人们的幻想进入现实，并被广泛应用于生产，医疗，军事，救灾，探测等领域。在一些复杂，动态的地形中探测，传统的刚性机器人体积大，适应性差，安全性差，灵活性差等原因难以满足人们的需求，这就为仿生机器人技术的发展提供了良好的契机。其中驱动材料的研究一直被视为重点。目前使用的驱动材料有压电材料，形状记忆合金，传统的机械材料等，但完成要求所需环境苛刻，如较高的电压，或较高的温度，或较复杂的机械结构。

IPMC是新兴的电性聚合材料(Electroactive polymers,简称EAP)中的一种典型的电激活材料。IPMC在外加较低的电压下可产生较大的变形，当电压撤消后，又能恢复到原始形状，通过改变电压的正负极IPMC可实现相反方向的偏转。相较于传统的驱动材料，IPMC具有驱动电压低，柔度高，响应迅速，易于成形等突出优点，迅速成为仿生驱动材料领域内的一个研究热点。因此IPMC材料作为仿生机器人驱动材料能够克服传统驱动材料所带来的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种仿生蛇头装置；该装置结构简单，体积小巧，为IPMC材料作为机器人的驱动材料做了更加深入的探求。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种基于IPMC驱动的仿生蛇头装置，其特征在于：该装置包括上部壳体、通过转动轴与上部壳体铰接从而形成蛇嘴形状的下部壳体以及安装在上部壳体用于探测蛇头前方状况的眼睛；所述上部壳体与下部壳体分别开设有空腔并且两个空腔连为一体，空腔内设置有IPMC驱动器、电池以及按钮开关；所述上部壳体、下部壳体全部采用IPMC驱动材料制成；所述IPMC驱动器通过外接电极片分别与上部壳体内壁与下部壳体内壁相连，以实现仿生蛇嘴的开闭运动。

进一步地，所述下部壳体的左端水平布置着所述的转动轴，可转动地定位在转动轴上的转动块又与上部壳体的左端连接，从而实现蛇嘴的开闭运动。

进一步地，所述IPMC驱动器通过布置在下部壳体内的支撑架以及固定在支撑架上的放置板定位在所述空腔内。

进一步地，所述下部壳体的电池部位开设有与外界贯通的开关通孔，所述按钮开关从开关通孔向外伸出，以利于仿生蛇头装置的操控。

进一步地，所述上部壳体和下部壳体为由曲面拉伸并抽壳形成的厚度均匀的变截面结构，中间的体积大，两端的体积小。

进一步地，所述放置板为长方形凹槽结构，凹槽内放置IPMC驱动器。

进一步地，所述眼睛为微型摄像头，以利于用户通过相应的APP实时观测蛇头前面的状况。

进一步地，所述IPMC驱动器包含单片机、信号发生模块、信号放大模块以及控制开关。

本发明的工作原理是：按下按钮开关，电源开始为IPMC驱动器供电，IPMC 驱动器中的单片机产生正弦或方波交流信号，通过信号放大电路产生更大功率的信号，信号对IPMC材料进行刺激，IPMC在接收到交流电信号后产生对向的反复变形，模拟蛇头张合时的运动和变形以，适应仿蛇软体爬杆机器人的爬杆运动。