[发明专利]磁驱式微型软体机器人、双螺旋机器人组及其控制方法

说明书

本发明公开了磁驱式微型软体机器人、双螺旋机器人组及其控制方法，磁驱式微型软体机器人包括微型软体机器人本体和驱动装置，微型软体机器人本体包括螺旋磁流层、水凝胶层和粘接在的螺旋磁流层和水凝胶层之间的PDMS层；微型软体机器人本体构造有一定锥度，微型软体机器人本体底部连接磁性缓冲套环；螺旋磁流层内部镶嵌经过磁化的纳米线，纳米线呈螺旋状分布。本发明提供的磁驱式微型软体机器人，体积小且重量轻，控制方式方便简单，通过简单的磁场变换即可实现运动方向控制、旋转控制、分离闭合控制等从而实现多种功能，可应用于工业、医学等较为复杂的场合，如机器人手术、靶向供药、胃肠道检查、清理牙齿表面生物膜、极端环境的探查等。

技术领域

本发明属于微型软体机器人技术领域，特别涉及磁驱式微型软体机器人、双螺旋机器人组及其控制方法。

背景技术

在机器人的世界中，有一类特别小，甚至只有纳米级，但非常灵活的微型机器人。微型软体机器人是一种新型柔软性结构的微小型机器人，能够满足各种各样的非结构化环境的需要，在与人类进行交互过程中也有非常高的安全性和生物适应性。机器人本体利用柔软的胶制材料制作，制作过程中一般使用的是杨氏模量低于人类肌肉的材料；与传统机器人电机驱动方式不同，软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料；一般有介电弹性体（DE）、离子聚合物金属复合材料、形状记忆合金、形状记忆聚合物等等。微型软体机器人不仅能够在液态环境中行动自如，完成拾取和运输物体等任务，而且还可以由磁场和光驱动，具备非常高的速度、精确度和敏捷性。

现有的微型软体机器人结构复杂，不易精确控制，对工业应用还存在诸多限制和技术障碍。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种磁驱式微型软体机器人，该软体机器人具有良好的柔软度和身体顺应性，与人类有良好安全的互动性，敏捷性、敏感度好，并且能在工业和医学等许多领域实现多种不同功能的应用，具有重要的工业应用价值。

本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：磁驱式微型软体机器人，它包括：

微型软体机器人本体，所述微型软体机器人本体包括螺旋磁流层、水凝胶层和粘接在的所述螺旋磁流层和水凝胶层之间的PDMS层；所述微型软体机器人本体构造有一定锥度，所述微型软体机器人本体底部连接磁性缓冲套环；所述螺旋磁流层内部镶嵌经过磁化的纳米线，所述纳米线呈螺旋状分布；

连接在所述磁性缓冲套环上的驱动装置。

优选的，所述水凝胶层的上表面向内镶嵌若干微刺状铁粉，水凝胶层的下表面构造有微小突起，所述螺旋磁流层与所述水凝胶层之间等间距嵌设三片钴片。

优选的，所述驱动装置包括三个磁性驱动濮，三个磁性驱动濮间隔分布在所述三个钴片之间，每个所述磁性驱动濮包括两条含有不同浓度磁粉的柔性胶条和连接在两个所述柔性胶条之间的缓冲连接条，所述磁性驱动濮用于在施加不同方向的磁场后，使三个磁性驱动濮向不同方向摆动。

优选的，所述钴片与所述螺旋磁流层的表面形成不为0°和180°的夹角。

优选的，所述水凝胶层、PDMS层与螺旋磁流层由上自下分布，且所述水凝胶层与所述螺旋磁流层的厚度相同。

优选的，所述柔性胶条由AB胶制成，其内部的磁粉浓度从靠近缓冲连接条的一侧向另一侧横向递减。

优选的，所述缓冲连接条由环氧树脂制成。

本发明还提供了一种双螺旋机器人组，包括上述的两个磁驱式微型软体机器人，两个所述磁驱式微型软体机器人的磁性缓冲套环相互靠近，其中一个微型软体机器人的磁性缓冲套环内含有铷铁硼粉末，所述铷铁硼粉末分布在以每个磁性驱动濮的连接点为中心向两侧延伸的四分之一磁性缓冲套环圆周的弧长内，另一个微型软体机器人的磁性缓冲套环内镶嵌三段具有一定磁性的磁条，每段所述磁条的中心线与所述钴片的中心线重合，每段磁条的长度为磁性缓冲套环圆周的四分之一。