本發(fā)明涉及機器人，具體地，涉及一種宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人及其制作方法。

背景技術(shù)：

1、連續(xù)體機器人作為一種獨特的機器人類型，引起了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的剛性機器人相比，連續(xù)體機器人具有柔軟性結(jié)構(gòu)，使其能夠彎曲、蜷曲和伸展，從而適應(yīng)不同的工作環(huán)境和任務(wù)；同時連續(xù)體機器人具有多自由度，在三維空間內(nèi)靈活變形，從而實現(xiàn)更為復(fù)雜的操作和動作；由于連續(xù)體機器人的靈活性，它們可以在狹小或復(fù)雜的空間中執(zhí)行操作，能夠適應(yīng)不同形狀和表面的工作環(huán)境，如醫(yī)療手術(shù)、救援搜索、航空發(fā)動機維護(hù)等，具備廣泛的應(yīng)用潛力。通過身體的自然孔道進(jìn)行腔內(nèi)和腔內(nèi)干預(yù)是醫(yī)學(xué)上的一種新興趨勢，進(jìn)一步支持了早期干預(yù)和精確手術(shù)的未來。這激發(fā)了小型連續(xù)體機器人的發(fā)展，使其能夠在狹窄和曲折的環(huán)境中自由導(dǎo)航。

2、現(xiàn)有公開號為cn110402096b的專利文獻(xiàn)，公開了一種機動式機器人裝置，該機器人裝置能夠向前和向后驅(qū)動自身，從而位于管狀結(jié)構(gòu)(200)(例如，人的結(jié)腸或包括兩個相對壁(202、204)的任何結(jié)構(gòu))內(nèi)時錨固和操縱自身。在這方面，該裝置由覆蓋在彈性材料中并由內(nèi)部致動機構(gòu)驅(qū)動的兩個節(jié)段或三個節(jié)段(102，104，106)制成。所有這些節(jié)段(102，104，106)都具有使得能夠進(jìn)行縮短和伸長運動的六角手風(fēng)琴構(gòu)造。除長度收縮和伸展之外，端部節(jié)段(102，106)中的至少一者能夠以一定角度背離縱向軸線彎曲，使得它變成楔入在或卡在管狀結(jié)構(gòu)(200)的壁(202，204)之間。也就是說，端部節(jié)段(102，106)既能夠進(jìn)行彎曲動作又能夠進(jìn)行收縮和伸展動作。該裝置(1)通過以下方式進(jìn)行移動：交替地將節(jié)段(102，104，106)卡在管狀結(jié)構(gòu)(200)的壁(202，204)之間，然后收縮或伸展這些節(jié)段(102，104，106)，以通過更有效的機動動作使裝置(1)向前緩慢移動。

3、大范圍運動和高精度之間的權(quán)衡與伴隨的促動串?dāng)_提出了重大挑戰(zhàn)。宏觀和微觀運動之間的串?dāng)_是宏觀和微觀運動的根本挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的多節(jié)段串聯(lián)機器人在相鄰節(jié)段之間表現(xiàn)出明顯的相互耦合，無論是肌腱驅(qū)動機器人還是流體/氣動驅(qū)動機器人都不適合高精度任務(wù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人及其制作方法。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人,包括宏機器人、驅(qū)動光纖以及微機器人，所述驅(qū)動光纖的一端與宏機器人固定連接，所述驅(qū)動光纖的另一端穿入并穿出宏機器人的內(nèi)部腔道與微機器人連接；

3、所述宏機器人在驅(qū)動光纖的機械拉動下實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)運動，所述微機器人在驅(qū)動光纖提供的激光激勵下實現(xiàn)軸向收縮。

4、優(yōu)選地，所述宏機器人包括外支撐結(jié)構(gòu)和多腔管，所述多腔管分布在外支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述多腔管包括多個內(nèi)部腔道。

5、優(yōu)選地，所述外支撐結(jié)構(gòu)包括缺口柔性骨架。

6、優(yōu)選地，所述多腔管包括熱拉制的多腔軟纖維。

7、優(yōu)選地，所述微機器人包括多個光驅(qū)動單元，多個所述光驅(qū)動單元呈圓周分布；

8、所述光驅(qū)動單元的個數(shù)、宏機器人的內(nèi)部腔道的個數(shù)以及驅(qū)動光纖的個數(shù)三者相同，任一驅(qū)動光纖穿入任一宏機器人的內(nèi)部腔道內(nèi)并穿出連接任一光驅(qū)動單元。

9、優(yōu)選地，所述光驅(qū)動單元包括液晶彈性體，所述液晶彈性體包括空心液晶彈性纖維，與所述微機器人連接的驅(qū)動光纖的一端設(shè)置在空心液晶彈性纖維內(nèi)。

10、優(yōu)選地，所述空心液晶彈性纖維的直徑包括300微米至400微米；

11、所述空心液晶彈性纖維的內(nèi)部填充透明低模量硅膠。

12、優(yōu)選地，所述微機器人還包括上安裝塊和下安裝塊，所述上安裝塊與下安裝塊通過光驅(qū)動單元連接，所述下安裝塊連接宏機器人。

13、優(yōu)選地，所述驅(qū)動光纖包括多模光纖。

14、本發(fā)明提供的一種宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人的制作方法，包括如下步驟：

15、宏機器人的制作，包括多腔管的熱拉制和外支撐結(jié)構(gòu)的制作，采用熱拉伸技術(shù)將多腔管拉成多腔軟纖維，采用飛秒激光切割技術(shù)將外支撐結(jié)構(gòu)塑造成缺口柔性骨架，將多腔軟纖維設(shè)置在外支撐結(jié)構(gòu)中；

16、微機器人的制作，包括空心液晶彈性纖維的制備，通過硫醇-邁克爾加成反應(yīng)生成液晶彈性纖維的第一網(wǎng)絡(luò)，對液晶彈性纖維施加機械應(yīng)力以定向介晶分子，并定義向列長度，在紫外線照射下進(jìn)行交聯(lián)，形成液晶彈性纖維的第二網(wǎng)絡(luò)，將驅(qū)動光纖插入每個空心液晶彈性纖維中，并提供內(nèi)置刺激；

17、將驅(qū)動光纖穿入宏機器人的多腔軟纖維中，連接宏機器人和微機器人。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

19、1、本發(fā)明通過采用驅(qū)動光纖作為宏機器人的驅(qū)動絲，可以實現(xiàn)宏機器人的偏轉(zhuǎn)，同時也作為導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，為微機器人提供光的激勵來源，從而可以調(diào)節(jié)微機器人的高度與角度，實現(xiàn)跨尺度宏微運動，從而實現(xiàn)從宏觀尺度到微觀尺度的高精度任務(wù)。

20、2、本發(fā)明通過采用驅(qū)動光纖連接宏機器人和微機器人，微機器人和宏機器人集成在一起，光纖的拉/放以及激光的光傳輸可以同時執(zhí)行，能夠解耦的宏觀和微觀操作進(jìn)行干預(yù)和操作。

21、3、本發(fā)明通過設(shè)置宏機器人采用多腔軟纖維，微機器人采用lce纖維，驅(qū)動光纖穿入多腔軟纖維并穿出，再穿入lce纖維內(nèi)，形成亞毫米級的光纖機器人，將解耦的宏、微運動結(jié)合起來，可以實現(xiàn)從幾毫米到幾十微米的精確跨尺度運動，進(jìn)一步實現(xiàn)在動物體內(nèi)的研究，實現(xiàn)在腔內(nèi)或腔內(nèi)干預(yù)中精確微手術(shù)的定位準(zhǔn)確性。

技術(shù)特征：

1.一種宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，包括宏機器人、驅(qū)動光纖(6)以及微機器人，所述驅(qū)動光纖(6)的一端與宏機器人固定連接，所述驅(qū)動光纖(6)的另一端穿入并穿出宏機器人的內(nèi)部腔道與微機器人連接；

2.如權(quán)利要求1所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，所述宏機器人包括外支撐結(jié)構(gòu)(5)和多腔管(4)，所述多腔管(4)分布在外支撐結(jié)構(gòu)(5)內(nèi)，所述多腔管(4)包括多個內(nèi)部腔道。

3.如權(quán)利要求2所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，所述外支撐結(jié)構(gòu)(5)包括缺口柔性骨架。

4.如權(quán)利要求2所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，所述多腔管(4)包括熱拉制的多腔軟纖維。

5.如權(quán)利要求1所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，所述微機器人包括多個光驅(qū)動單元(2)，多個所述光驅(qū)動單元(2)呈圓周分布；

6.如權(quán)利要求5所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，所述光驅(qū)動單元(2)包括液晶彈性體，所述液晶彈性體包括空心液晶彈性纖維，與所述微機器人連接的驅(qū)動光纖(6)的一端設(shè)置在空心液晶彈性纖維內(nèi)。

7.如權(quán)利要求6所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，所述空心液晶彈性纖維的直徑包括300微米至400微米；

8.如權(quán)利要求5所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，所述微機器人還包括上安裝塊(1)和下安裝塊(3)，所述上安裝塊(1)與下安裝塊(3)通過光驅(qū)動單元(2)連接，所述下安裝塊(3)連接宏機器人。

9.如權(quán)利要求1所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人，其特征在于，所述驅(qū)動光纖(6)包括多模光纖。

10.一種基于權(quán)利要求1至9任一項所述的宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種宏微驅(qū)動纖微連續(xù)體機器人及其制作方法，包括宏機器人、驅(qū)動光纖以及微機器人，所述驅(qū)動光纖的一端與宏機器人固定連接，所述驅(qū)動光纖的另一端穿入并穿出宏機器人的內(nèi)部腔道與微機器人連接；所述宏機器人在驅(qū)動光纖的機械拉動下實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)運動，所述微機器人在驅(qū)動光纖提供的激光激勵下實現(xiàn)軸向收縮。通過采用驅(qū)動光纖作為宏機器人的驅(qū)動絲，可以實現(xiàn)宏機器人的偏轉(zhuǎn)，同時也作為導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，為微機器人提供光的激勵來源，從而可以調(diào)節(jié)微機器人的高度與角度，實現(xiàn)跨尺度宏微運動，從而實現(xiàn)從宏觀尺度到微觀尺度的高精度任務(wù)。

技術(shù)研發(fā)人員：高安柱,周成,徐崢,林澤才,秦瀟桐
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6