一种基于介电弹性体驱动的软体机器人设计方法

闫茜茜 何田

摘要：  针对某些极端环境下不利于人工操作的工程探测问题，本文通过对软体机器人材料、结构、制造方法以及步态控制4个方面进行研究，提出了一种新型4足爬行软体机器人的设计方法。机器人身体是由硅酮介电弹性体（dielectric elastomer，DE）薄膜和单壁碳纳米管薄膜组成的一种柔软结构，为降低软体机器人驱动电压，限制了DE和单壁碳纳米管薄膜的层厚。同时，为增大输出力，采用DE叠层结构，以支撑机器人身体的质量。研究结果表明，该软体机器人长为106 mm，由6个堆叠式介电弹性体驱动器（dielectric elastomer actuator，DEA）驱动，具有驱动电压较低、响应速度快、结构紧凑且输出力及位移较大等特点。该研究为后续模型的制作及機器人的应用奠定了基础。

关键词：  介电弹性体; 软体机器人; 设计

中图分类号： TP242.3  文献标识码： A

收稿日期： 20210429; 修回日期： 20210603

基金项目： 国防科技创新特区基金资助项目（2019）

作者简介：  闫茜茜（1994），女，硕士研究生，主要研究方向为自主柔性智能体。

通信作者：  何田（1971），男，博士，讲师，主要研究方向为自主柔性智能体。 Email： het@qdu.edu.cn

传统的刚性机器人无法适应复杂多变的操作环境，所以柔软且可变形机器人逐渐成为研究热点[13]。随着材料科学的进步，科研人员通过模仿自然界的软体动物，开发了各种各样的软体机器人，如爬行机器人[4]、行走机器人[56]、昆虫机器人[7]和水下机器人[8]等。介电弹性体（dielectric elastomer，DE）是一类典型的智能软材料，其能量密度与动物肌肉非常接近，可应用于软体机器人。目前，国内外对基于DE驱动的软体机器人的研究越来越多。……