单片集成自装配微爬行机器人研究

面向微机器人未来在地外探测上的潜在应用,设计了一种总重24 g、整机尺寸93×71×36.14 mm的自装配微爬行机器人。基于形状记忆聚合物材料的热致形状记忆效应,设计分析了自折叠铰链结构,实现了结构从平面形态到三维形态的自动折叠装配,并在此基础上开展了单片集成自装配为爬行机器人的系统设计与加工测试。基于单片集成一体设计方法,将具有多材质、多器件的微机器人设计为单片平面一体化自装配结构;基于变胞原理,将平面一体化结构进行空间折叠,形成具有三维特征的机体结构和柔顺运动机构,继而通过标准平面成形工艺实现微机器人的加工制造。该微爬行机器人表现出较好的结构和运动性能,整机可在30 s内完成自动折叠装配到三维结构形态,爬行运动速度为20 cm/s,能承受6.2 N的静态结构负载和6G过载,验证了单片集成一体化自装配设计研制分米—厘米尺度下的微机器人的技术实现能力。