一种基于3D打印的软体机器人微型电动气阀制造技术

一种基于3D打印的软体机器人微型电动气阀，它涉及一种微型气阀，它包括密封头、带有内螺纹的空心柱体、带有外螺纹的连接体、外壳和电机；所述电机和所述空心柱体设置在外壳内，所述空心柱体的一端固接有密封头，所述空心柱体的另一端与所述连接体螺纹连接，所述连接体与所述电机的输出轴连接，所述空心柱体和密封头能相对所述外壳往复移动；所述密封头、所述空心柱体、所述连接体和所述外壳均由3D打印制成。本发明专利技术结构紧凑，使用灵活便捷，控制可靠性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印的软体机器人微型电动气阀
本专利技术涉及一种微型气阀，具体涉及一种基于3D打印的软体机器人微型电动气阀。
技术介绍
为了实现拉伸、弯曲、扭转等基本运动，软体机器人常常设计为多腔体结构。气压驱动是软体机器人常用的一种驱动方式，多腔式气动软体机器人的每一个气腔都需要一个对应的气阀对其进行控制，但现有的气压控制阀体积都较大，当软体机器人的气腔数量较多时，就很难将很多的控制阀集成到软体机器人内部。而且专用的气阀需要对应的外部气路，因此，会使得气路复杂，从而限制软体机器人的运动。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术不足，提供一种结构灵活和控制方便的基于3D打印的软体机器人微型电动气阀。本专利技术的技术方案是：一种基于3D打印的软体机器人微型电动气阀，它包括密封头、带有内螺纹的空心柱体、带有外螺纹的连接体、外壳和电机；所述电机和所述空心柱体设置在外壳内，所述空心柱体的一端固接有密封头，所述空心柱体的另一端与所述连接体螺纹连接，所述连接体与所述电机的输出轴连接，所述空心柱体和密封头能相对所述外壳往复移动；所述密封头、所述空心柱体、所述连接体和所述外壳均由3D打印制成。进一步地，电机为微型直流电机。进一步地，空心柱体为空心圆柱体。进一步地，密封头包括堵板和堵头；堵板和堵头一体制成，堵板与空心柱体的一端连接，堵头为截顶圆锥，堵头的大端面与堵板连接。本专利技术相比现有技术的有益效果是：本专利技术所提出的基于3D打印技术的微型气路阀体，通过微型直流减速电机来控制气阀的通断。整体结构简单，体积小，重量轻，可以很好地集成在软体机器人内部，且直流电机的控制较为方便。全部零件均由3D打印而成，制备方法简单，成本较低，非常适合应用在多腔体软体机器人中。附图说明图1为本专利技术基于3D打印的软体机器人微型电动气阀的立体图；图2为利用本专利技术的基于3D打印的软体机器人微型电动气阀的软体机器人结构图；图3为本专利技术基于3D打印的软体机器人微型电动气阀形成内置气路阀体的爆炸图；图4为利用本专利技术基于3D打印的软体机器人微型电动气阀的可重构软体机器人示意图；图5为多腔式气动软体机器人的气压反馈回路图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。参见图1所示，一种基于3D打印的软体机器人微型电动气阀包括密封头5、带有内螺纹的空心柱体4、带有外螺纹的连接体3、外壳2和电机1；所述电机1和所述空心柱体4设置在外壳2内，所述空心柱体4的一端固接有密封头5，所述空心柱体4的另一端与所述连接体3螺纹连接，所述连接体3与所述电机1的输出轴连接，所述空心柱体4和密封头5能相对所述外壳2往复移动；所述密封头5、所述空心柱体4、所述连接体3和所述外壳2均由3D打印制成。以一种应用上述微型电动气阀的软体机器人为例，如图2所示，说明该阀体的使用方法。6为放置无线控制芯片和电机驱动芯片的空腔，并通过杜邦线与电机1相连，接收控制指令来控制电机1的正反转。5为密封头，其与气腔的入口实现严密配合，可以实现阻塞气路的作用。7为软体机器人的主变形体，当充入气体时，根据其内部结构的不同，可以实现弯曲，拉伸，扭转等各种动作，因此通过控制微型电动气阀的通断，便可以实现对软体机器人的动作控制。与此同时，通过调整密封头与气腔入口之间的配合程度，即所谓的阀口开度，还可以实现对充入腔体内气体的流速控制。较佳地，所述电机1为微型直流电机。较佳地，所述空心柱体4为空心圆柱体。较佳地，所述密封头5包括堵板5-1和堵头5-2；堵板5-1和堵头5-2一体制成，堵板5-1与空心柱体4的一端连接，堵头5-2为截顶圆锥，堵头5-2的大端面与堵板5-1连接。堵头5-2的大端面用于接通和封堵气路通道接头K3。较佳地，所述外壳2为长方体形外壳。图3和图4为利用基于3D打印的软体机器人微型电动气阀得到的一种可重构软体机器人，K为基于3D打印的软体机器人微型电动气阀构成的内置气路阀体，安装在壳体K1内，8为方位连接供气主体。气路通道接头K3与软体机器人的主变形体7的气腔密封连接并连通，软体机器人的主变形体7的中通气路与中心通道K4连通，所述基于3D打印的软体机器人用微型电动气阀控制气路通道接头K3与中心通道K4接通和关闭。上述方式中，主变形体7实现多种组合运动姿态，上述方式中，方位连接供气主体8起连接气源和连通气体的作用，上述方式中，基于3D打印的软体机器人用微型电动气阀控制气路通道接头K3与中心通道K4接通和关闭。可实现主变形体7不同姿态的变化，例如线性延伸和弯曲运动。在外壳密封盖K6与密封盖K5之间还留有一定的放置无线控制芯片和电机驱动芯片的空腔6，用于控制电机的启停。在上述结构作用下，可实现如下两种结构变化：一是，所有密封头5将对应的气路通道接头K3打开，气路通道接头K3与中心通道K4接通，每个主变形体7的气腔内被充入相同的气压时，主变形体7实现线性延伸。二是，任意单个密封头5将与该密封头5对应的气路通道接头K3打开，剩余气路通道接头K3由密封头5关闭时，主变形体7实现单向弯曲。对于多腔式气动软体机器人而言，需要对腔体内部的气压进行闭环反馈控制，从而间接地实现对模块单元行为姿态的控制。为此，设计了如图5所示的气压反馈回路图。该回路由气泵，电磁阀组，气体压力传感器，以及若干电机驱动芯片组成。工作时，高压气体由气泵输出，经由供气气路配送至压力传感器检测端以及软体机器人整体供气口。再利用多个微型电动气阀分别控制各气路通道，微型电动气阀基于无线信号(无线模块)传输接收上位机发送的指令，控制对应微型电动气阀的电机正反转，从而实现气路的通断控制。电机正转，密封头向上移动，将气路密封，气体无法进入对应的气腔，气腔内的气压保持恒定；电机反转，密封头向下移动，气路打开，气体可以进入对应的气腔。本实施方式中使用的E05-MLE132A无线模块是一款体积极小的插件型2.4GHz无线模块，外形尺寸为17.8×21.5mm，自带PCB板载天线，收发一体，发射功率为1mW，包含15个通用IO引脚，一个复位引脚等，满足软体机器人使用需求。其内置的NRF24LE1芯片集成了无线传输、增强型51单片机等，可以通过Keil软件进行编程。本实施方式中使用的气动控制系统气源由打气泵和放气电磁阀组成，考虑到软体机器人的气压使用范围为0-50Kpa，并结合其他实验条件，选用2360PED12型打气泵，其工作电压为12V，气压输出能力为60KPa，标准流量为2.3L/min。作为打气气源，其流量速度适中，符合软体机器人使用需要。电磁阀组负责执行放气功能，为了节省功耗，选用10mm×29.5mm×24.3mm二位二通常闭型电磁阀，工作电压为12V，功率1W，耐压范围为0-7bar，动作频率高达为10ms。电磁阀一端连接大气，一端连接模块供气气路。不通电时，两个阀腔隔断，通电时阀腔导通，实现放气。为实现控制系统气压闭环反馈，首先应对气压传感器选型。考虑到软体模块单元的承压能力，选用量程为0-100KPa的XGZP6847型气体压力变送器模块，该模块检测气压并输出模拟量电压信号，精度为±1％。根据传感器使用规范，气压检测系统需要使用精度等级、分辨率更高的气压计标定后方可使用。为此，选用精度等级为0.4级，分辨率为0.001KPa的气压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印的软体机器人微型电动气阀，其特征在于：它包括密封头(5)、带有内螺纹的空心柱体(4)、带有外螺纹的连接体(3)、外壳(2)和电机(1)；所述电机(1)和所述空心柱体(4)设置在外壳(2)内，所述空心柱体(4)的一端固接有密封头(5)，所述空心柱体(4)的另一端与所述连接体(3)螺纹连接，所述连接体(3)与所述电机(1)的输出轴连接，所述空心柱体(4)和密封头(5)能相对所述外壳(2)往复移动；所述密封头(5)、所述空心柱体(4)、所述连接体(3)和所述外壳(2)均由3D打印制成。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的软体机器人微型电动气阀，其特征在于：它包括密封头(5)、带有内螺纹的空心柱体(4)、带有外螺纹的连接体(3)、外壳(2)和电机(1)；所述电机(1)和所述空心柱体(4)设置在外壳(2)内，所述空心柱体(4)的一端固接有密封头(5)，所述空心柱体(4)的另一端与所述连接体(3)螺纹连接，所述连接体(3)与所述电机(1)的输出轴连接，所述空心柱体(4)和密封头(5)能相对所述外壳(2)往复移动；所述密封头(5)、所述空心柱体(4)、所述连接体(3)和所述外壳(2)均由3D打印制成。2.根据权利要求1所述一种基于3D打印的软体机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾广宇，隋心，
申请(专利权)人：黑龙江八一农垦大学，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23