磁驱动液态金属仿尺蠖软体机器人的设计与研究

摘要

提出一种磁驱动液态金属仿尺蠖软体机器人。将钕铁硼(NdFeB)磁粉引入镓铟合金(EGaIn)作为机器人底部，使其兼具良好磁性与高柔顺性；将NdFeB磁粉和铂金硅胶混合制备磁性复合材料，作为机器人的头部和尾部，使机器人具有强磁性和弹性。通过永磁体构建空间磁场，控制机器人产生磁力矩，并与机器人自身重力、摩擦力及弹性形变耦合，使机器人实现连续弯曲形变，完成爬行动作。构建软体机器人磁学关系和力平衡方程，利用仿真和实验对比分析了机器人形变特性。结果表明：非接触状态下，机器人位移随着电磁场磁感应强度、永磁体剩磁及NdFeB磁粉体积分数的增加而增大；接触状态下，机器人位移、弯曲幅度及接触力随着永磁体剩磁的增加而增大；且当永磁体位于软体机器人正下方时，其弯曲幅度和位移达到最大值。研究揭示了机器人通过形变实现往复爬行的运动机理，验证了该驱动方案的有效性。

关键词

软体机器人 / 镓基液态金属 / 永磁体磁场 / 有限元仿真 / 形变特性