【技术实现步骤摘要】
一种基于4D打印的软关节手爪及其一致性控制方法
本专利技术涉及软体机器人控制领域，特别是涉及一种基于4D打印的软关节手爪及其一致性控制方法。
技术介绍
传统的机械手和气动手都是由复杂部件结构组成，其重量、体积和能耗较大。软体机器人因具备优于传统刚性机器人的适应性、轻量性、柔性，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸，不断扩充着机器人的研究领域。软体机器人技术初期是气动驱动技术，随着科技进步，智能材料和结构已经开始逐步应用到多个研究领域。当前，智能材料驱动技术是软体机器人的全新研究方向，智能材料驱动技术属于4D打印技术概念的内涵。4D打印技术是通过材料或结构的主动设计，在时间和空间的维度上，实现智能材料构件的变形、变性、变功能主动调控的颠覆性制造技术。将利用4D打印技术的智能材料用于机器人软关节手爪，使其具有传感、驱动和控制等智能变形行为，通过智能材料的精确设计，实现智能材料在外界环境刺激下的主动调控，确保其执行机构能够按预期变形。而由于自组装自变形过程多自由度，控制难度大，因此，4D打印软关节手爪的一致性自主变形驱动，实...
【技术保护点】
1.一种基于4D打印的软关节手爪，其特征在于，包括：掌体以及连接在所述掌体的五个软手指单元；/n每个所述软手指单元上有两个软指关节和两节指骨；所述指骨采用3D打印树脂而成；所述软指关节为两个对称的双层薄膜软指关节执行器；所述双层薄膜软指关节执行器采用4D打印液晶弹性体和聚酰亚胺电热膜制作而成，通电或加热刺激改变每个所述双层薄膜软指关节执行器的弯曲角度；所述双层薄膜软指关节执行器用于控制所述软手指单元进行可逆的弯曲运动。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于4D打印的软关节手爪，其特征在于，包括：掌体以及连接在所述掌体的五个软手指单元；
每个所述软手指单元上有两个软指关节和两节指骨；所述指骨采用3D打印树脂而成；所述软指关节为两个对称的双层薄膜软指关节执行器；所述双层薄膜软指关节执行器采用4D打印液晶弹性体和聚酰亚胺电热膜制作而成，通电或加热刺激改变每个所述双层薄膜软指关节执行器的弯曲角度；所述双层薄膜软指关节执行器用于控制所述软手指单元进行可逆的弯曲运动。
2.根据权利要求1所述的基于4D打印的软关节手爪，其特征在于，所述双层薄膜软指关节执行器的表面贴有弯曲传感器件。
3.根据权利要求1所述的基于4D打印的软关节手爪，其特征在于，所述聚酰亚胺电热膜用于调节所述双层薄膜软指关节执行器的温度；所述聚酰亚胺电热膜产生焦耳热，温度升高，所述液晶弹性体收缩，所述聚酰亚胺电热膜发生膨胀，不同层的收缩和膨胀导致所述软指关节的弯曲；所述双层薄膜软指关节执行器向收缩一侧弯曲，当温度下降恢复原状，控制所述软手指单元的可逆弯曲运动。
4.根据权利要求1所述的基于4D打印的软关节手爪，其特征在于，所述双层薄膜软指关节执行器的弯曲角度相同；所述软指关节对称的两个双层薄膜软指关节执行器的弯曲方向相反。
5.一种基于4D打印的软关节手爪的一致性控制方法，其特征在于，所述基于4D打印的软关节手爪的一致性控制方法应用于权利要求1-4任一项所述的基于4D打印的软关节手爪，所述基于4D打印的软关节手爪的一致性控制方法包括：
获取软指关节的弯曲角度以及指骨的转动角度；
根据软指关节的弯曲角度以及所述指骨的转动角度分别建立软指关节动力模型以及指骨动力模型；
在局部坐标系下，根据所述软指关节动力模型确定任意两个所述软指关节的软指关节质心位置和软指关节质心速度；
在全局坐标系下，根据所述指骨动力模型确定任意两个所述指骨的指骨质心位置和指骨质心速度；
根据所述软指关节质心位置以及所述软指关节质心速度确定软指关节动能以及软指关节势能；
根据所述指骨质心位置和所述指骨质心速度确定指骨动能以及指骨势能；
根据所述软指关节动能以及所述软指关节势能确定5个软手指单元关于所述软指关节的弯曲角度的动力学模型；
以所述5个软手指单元关于所述软指关节的弯曲角度的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉燕，寇士营，罗小元，温银堂，梁波，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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