一种能够逐级弯曲的软体抓手及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种能够逐级弯曲的软体抓手及其制备方法，软体抓手包括抓手集成件，软体单指和单指连接件，软体单指通过单指连接件安装在抓手集成件上，软体单指上设有复合人工肌肉，通过复合人工肌肉通电收缩实现弯曲及对物体的抓取，复合人工肌肉由尼龙和氨纶纤维捻卷后热定型制成，每个软体单指包括多个关节，每个关节之间都设有一组复合人工肌肉，通过对复合人工肌肉的通电电压和通电顺序控制关节的弯曲顺序和弯曲程度，从而能够实现逐级响应和对具有不规则表面的物体的抓取。本发明专利技术的软体抓手驱动范围大并且响应速度快，能够精准控制；复合人工肌肉相较于单纯采用尼龙线作为材料的人工肌肉而言，能够实现更大的抓取范围，且制作过程简单高效。且制作过程简单高效。且制作过程简单高效。

【技术实现步骤摘要】
一种能够逐级弯曲的软体抓手及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种软体抓手及其制备方法，尤其涉及一种能够逐级响应的软体抓手及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来随着柔性材料、制造技术的发展，以及软体机器人的应用越来越广泛。软体机器人区别于传统的机器人，具有自由度高、适应性强等优点，是未来的发展方向之一。
[0003]自从2014年Haines等人发现捻卷型聚合物人工肌肉以来，对其应用的研究越来越广泛。然而现有技术中的软体手指通常是通过控制电流大小，调节其手指的弯曲角度来实现对物体的抓取，无法实现逐级弯曲，难以稳定抓取具有不规则表面的物体；同时大部分用于软体手指的人工肌肉使用尼龙线作为肌肉前体材料，其收缩应变较小，抓取范围受到限制。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够逐级响应且活动范围大的软体抓手及其制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术的能够逐级弯曲的软体抓手包括抓手集成件，软体单指和单指连接件，所述软体单指通过单指连接件安装在抓手集成件上，其特征在于，所述软体单指上设有复合人工肌肉，通过复合人工肌肉通电收缩实现弯曲及对物体的抓取，所述复合人工肌肉由尼龙和氨纶纤维捻卷后热定型制成。
[0006]每根所述复合人工肌肉上都缠绕有两根铜导线，分别用于连接外部电源的正负极。
[0007]每根所述软体单指上有若干软体关节，每个软体关节之间均设有复合人工肌肉，所述复合人工肌肉与软体关节之间通过导电凝胶相连接。
[0008]所述软体抓手至少包含三根软体单指。
[0009]每根所述软体单指至少包括六个软体关节，每个软体关节之间至少包括两根复合人工肌肉。
[0010]所述复合人工肌肉围绕抓手集成件的几何中心周向均布排列。
[0011]所述抓手集成件上开有单指安装孔和螺栓孔，所述软体单指穿过单指安装孔并与单指连接件通过螺栓经螺栓孔固定。
[0012]所述软体抓手还包括设置于软体单指末端，用于将复合人工肌肉封闭在手指末端的端盖，所述端盖两侧开有散热孔，所述端盖与软体单指以胶合方式连接。
[0013]所述端盖、单指连接件和抓手集成件上开有在抓手未通电状态时为同心的通孔，用于穿过外部电源的电源线。
[0014]本专利技术还公开了前述能够逐级弯曲的软体抓手的制备方法，包括如下步骤：
[0015](1)制备复合人工肌肉：将氨纶纤维预拉伸，预拉伸后的氨纶纤维与尼龙的一端固
定，另一端与电机连接，启动电机带动纤维至氨纶纤维完全缠绕至尼龙纤维上，形成复合纤维，将固定端取下并悬挂配重，继续旋转电机至结构呈完全卷绕状，将复合纤维取下并将两端固定，用至少170度的温度加热至少三十分钟，使其热定型，最后将铜导线缠绕至复合纤维上；
[0016](2)采用PLA材料通过3D打印制备抓手集成件、端盖和单指连接件。
[0017](3)采用PU材料通过3D打印制备软体单指；
[0018](4)在软体单指关节之间安装复合人工肌肉，将端盖粘接至软体单指末端。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：对不规则形状的物体抓取的适应性强，驱动范围大并且响应速度快，能够精准控制；本专利技术的人工肌肉在增加驱动应变的同时也增大了驱动应力，相较于单纯采用尼龙线作为材料的人工肌肉而言，能够实现更大的抓取范围，且制作过程简单高效。
附图说明
[0020]图1是本专利技术一个实施例的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术一个实施例的抓手集成件的结构示意图；
[0022]图3是本专利技术的人工肌肉制备过程示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0024]如图1
‑
2所示，本实施例中的能够逐级弯曲的软体抓手包括抓手集成件1、软体单指2、单指连接件3、端盖4和复合人工肌肉5，抓手集成件1分别通过三个单指连接件3连接三根软体单指2，软体单指2上有6个关节，每两个相邻关节之间设有两根一组的复合人工肌肉5，共设置6组复合人工肌肉；复合人工肌肉5通过导电凝胶粘接在软体关节上开设的通孔内壁上，每根软体单指2的末端均通过胶合方式固定有硬质材料制成的端盖4，端盖4用于连接复合人工肌肉5以及对手指末端封闭，端盖4左右两侧均开有散热孔，以便复合人工肌肉5快速散热，端盖4与软体单指2以胶合方式连接。如图2所示，抓手集成件1上开有单指连接孔101和螺栓孔102，软体单指2穿过单指连接孔101并通过螺栓孔102与单指连接件3螺栓连接，从而固定在抓手集成件1上。
[0025]其中，抓手集成1、端盖4以及单指连接件3的材料选用PLA，通过3D打印制备完成；软体单指2采用PU材料，通过3D打印一体完成。
[0026]本实施例中复合人工肌肉制备步骤如图3所示：选用直径为0.2mm直径的尼龙66和直径为0.25mm的氨纶纤维，首先将氨纶纤维预拉伸200％，与尼龙66一端固定于电机上，另外一端固定于桌面或其它固定面上，电机转速200rpm，旋转至氨纶线完全缠绕至尼龙线上；将紧密缠绕的纤维线下端挂上100g砝码作为配重，限制纤维的旋转运动，使电机继续旋转，随着复合纤维长度的缩短，出现卷绕结构，至此持续加捻至完全卷绕；取出该人工肌肉，用夹子将其两端固定，放入170摄氏度烘箱中加热30分钟，使其热定型；最后将细铜丝缠绕至人工肌肉上，使其导电。每根人工肌肉两侧引出两根铜导线分别用于连接外部电源的正负极。
[0027]将按照以上方式制备的复合人工肌肉，分布对称式安装至软体单指内部，其中每
两个软体关节用两根复合人工肌肉，复合人工肌肉5通过导电凝胶对称安装至软体关节两侧开有的通孔内壁上。抓手集成件1、端盖4以及单指连接件3开设有在抓手未通电状态下为同心的通孔，用于穿设连接外部电源的电源线等。
[0028]如图1所示，初始状态下，6组人工肌肉均为断电，软体抓手处于竖直状态。此时首先给根部的两根复合人工肌肉通电，温度逐渐升高，复合人工肌肉在电热条件下会发生收缩现象，而复合人工肌肉两侧由于固定于软体单指关节的两侧，因此会在电热作用下产生带动关节弯曲的收缩力，此时中部和端部的复合人工肌肉未通电，因此位于根部的两个关节先弯曲；调节输入的电压大小可控制关节的张开角度；依次给中部，端部的复合人工肌肉通电，下部和中部的复合人工肌肉便依次收缩，从而控制中部和端部关节的依次弯曲，实现软体单指的逐级弯曲。通过控制复合人工肌肉的通电顺序和通电电压，实现各个关节的各自的逐级弯曲时间和弯曲角度；从而可以对高低不平物体实现稳定抓取。断电时，首先对根部肌肉断电，其次是中部，最后是端部，实现各个关节的逐步放松，使得被抓物体缓慢放置于原位。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够逐级弯曲的软体抓手，包括抓手集成件(1)，软体单指(2)和单指连接件(3)，所述软体单指(2)通过单指连接件(3)安装在抓手集成件(1)上，其特征在于，所述软体单指(2)上设有复合人工肌肉(5)，通过复合人工肌肉(5)通电收缩实现弯曲及对物体的抓取，所述复合人工肌肉(5)由尼龙和氨纶纤维捻卷后热定型制成。2.根据权利要求1所述的能够逐级弯曲的软体抓手，其特征在于，每根所述复合人工肌肉(5)上都缠绕有两根铜导线，分别用于连接外部电源的正负极。3.根据权利要求1所述的能够逐级弯曲的软体抓手，其特征在于，每根所述软体单指(2)上有若干软体关节，每个软体关节之间均设有复合人工肌肉(5)，所述复合人工肌肉(5)与软体关节之间通过导电凝胶相连接。4.根据权利要求1所述的能够逐级弯曲的软体抓手，其特征在于，所述软体抓手至少包含三根软体单指(2)。5.根据权利要求1所述的能够逐级弯曲的软体抓手，其特征在于，每根所述软体单指(2)至少包括六个软体关节，每个软体关节之间至少设有两根复合人工肌肉(5)。6.根据权利要求1所述的能够逐级弯曲的软体抓手，其特征在于，所述复合人工肌肉(5)围绕抓手集成件(1)的几何中心周向均布排列。7.根据权利要求1所述的能够逐级弯曲的软体抓手，其特征在于，所述抓手集成件(1)上开有单指安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆晔，刘娟，李永正，卢志鹏，陈怡，袁青松，孙正义，赵师纬，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：