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申请/专利权人：燕山大学

摘要：本发明提供一种基于4D打印的仿海星软体机器人及其控制方法，属于机器人技术领域，仿海星软体机器人包括支撑单元及5个腕足单元；5个腕足单元呈中心对称状与支撑单元连接；各腕足单元均包括驱动元件和执行元件；执行元件的材料为液晶弹性体；驱动元件贴附在执行元件的上表面，并与外部电源连接，将外部电源的电能转换成热能，以驱动执行元件发生弯曲变形。降低了机器人的结构复杂度，提高了机器人的环境适应能力。控制方法包括：基于期望轨迹，通过外部电源给各腕足单元的驱动元件通电，以驱动执行元件发生弯曲变形，并采用闭环PD型迭代学习的方法控制施加在各腕足单元的驱动元件上的电压大小，提高了机器人运动的控制精度。

主权项：1.一种基于4D打印的仿海星软体机器人的控制方法，所述基于4D打印的仿海星软体机器人包括：支撑单元及5个腕足单元；5个腕足单元呈中心对称状与所述支撑单元连接；各腕足单元均包括驱动元件和执行元件；所述执行元件的材料为液晶弹性体；所述驱动元件贴附在所述执行元件的上表面，并与外部电源连接；所述驱动元件用于将外部电源的电能转换成热能，以驱动所述执行元件发生弯曲变形；所述驱动元件包括聚酰亚胺薄膜及网格状碳纳米管；所述网格状碳纳米管压印在所述聚酰亚胺薄膜的表面；各腕足单元还包括传感元件；所述传感元件贴附在所述执行元件的下表面；所述传感元件用于检测所述执行元件的弯曲角度；所述传感元件为弯曲曲率传感器；其特征在于，所述基于4D打印的仿海星软体机器人的控制方法包括：利用外部电源给各腕足单元通电，以改变各腕足单元的弯曲角度；通过弯曲曲率传感器测取每一时刻其阻值对应的弯曲角度；采用非线性最小二乘法拟合函数，得到弯曲曲率传感器阻值与腕足单元弯曲角度的关系方程，以控制每个腕足单元的弯曲角度；获取期望轨迹；所述期望轨迹包括一个运动周期内各时刻各腕足单元的期望弯曲角度；基于所述期望轨迹，通过外部电源给各腕足单元的驱动元件通电，以驱动执行元件发生弯曲变形，并采用闭环PD型迭代学习的方法控制施加在各腕足单元的驱动元件上的电压大小，使得各腕足单元按照所述期望轨迹运动；所述采用闭环PD型迭代学习的方法控制施加在各腕足单元的驱动元件上的电压大小，具体包括：针对第k次迭代，获取第k次迭代过程中的控制量；所述控制量为施加在各腕足单元的驱动元件上的电压大小；0k；针对任一腕足单元，通过所述腕足单元的传感元件检测执行元件的实际弯曲角度；根据所述实际弯曲角度及所述腕足单元的期望弯曲角度，确定第k次迭代过程中所述腕足单元的弯曲角度误差；判断第k次迭代过程中各腕足单元的弯曲角度误差是否小于设定阈值，若是，则停止迭代控制，否则，根据第k次迭代过程中各腕足单元的弯曲角度误差及第k次迭代过程中的控制量，确定第k+1次迭代过程中的控制量。

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