一种可抓握的仿生手及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可抓握的仿生手及其制备方法，用于仿生手的开发领域，其包括由橡胶基形状记忆合金复合材料一体制成的手指和手掌，所述手指的热赋形变形处设有关节，在工作温度的激励下，所述关节的弯曲和伸直顺利实现仿生手的抓握和展开，该仿生手的制备方法包括以下步骤：（i）材料的选择；（ii）固化成型；（iii）热赋形处理；其应用橡胶材料的高弹性特性及形状记忆合金材料优异的形状记忆效应和驱动效应，通过工作环境温度的激励，实现仿生手的抓握与展开，其外观好看、坚固耐用、易操作可与人手相媲美且兼具抓握功能，与机械假肢、电动假肢和肌电假肢相比，无需机械驱动即可实现抓握，方便了残疾患者的日常活动，彰显了其卓越的性能。的性能。的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可抓握的仿生手及其制备方法


[0001]本专利技术涉及仿生手的开发领域，具体的说是一种可抓握的仿生手及其制备方法。

技术介绍

[0002]突发事故或者疾病造成肢体残疾会给患者造成心理和生理上的创伤，严重影响了患者的正常生活，自理能力下降。为有效缓解患者的心理压力，满足患者的生活需求，各种各样的假肢应运而生。
[0003]装饰性假肢可弥补外观缺陷，但缺少实际功能，无法满足患者的生活自理；工具手一定程度上可代替肢体行使一些功能，但缺乏正常肢体的外形设计，外观不易被接受；机械假肢、电动假肢和肌电假肢既考虑了假肢外形设计，又兼顾了肢体的功能，但其结构复杂，涉及到多个传动装置和构件，成本较高，维修困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种可抓握的仿生手及其制备方法，其成本低廉、结构简单，不仅具有人手漂亮的外观，而且具有抓握功能的仿生手。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种可抓握的仿生手，包括由橡胶基形状记忆合金复合材料一体制成的手指和手掌，所述手指上设有关节，所述关节设置在热赋形变形处，在工作温度的激励下，所述关节的弯曲和伸直顺利实现仿生手的抓握和展开，所述仿生手的抓握和展开过程如下：当工作温度低于形状记忆合金马氏开始温度时，仿生手的手指处于展开状态；当环境温度高于形状记忆合金奥氏结束温度时，仿生手的手指处于弯曲状态与手掌靠近，实现抓握功能。
[0006]本仿生手的进一步改进在于：所述手指和手掌的皮肤和血肉组织由橡胶材料制成，所述橡胶材料内设有直线型的形状记忆合金材料制成的仿生骨骼，所述仿生骨骼的活动处设有关节。
[0007]本仿生手的进一步改进在于：所述形状记忆合金材料为奥氏结束温度不高于75℃，马氏开始温度不高于50℃的一种或多种，且形状为丝、薄片。
[0008]本仿生手的进一步改进在于：所述形状记忆合金材料上设有弹簧，所述弹簧的两端均与导线连接。
[0009]本仿生手的进一步改进在于：所述仿生手首次使用前需在关节处热赋形处理实现热赋形弯曲变形，所述热赋形温度高于形状记忆合金奥氏结束温度100℃。
[0010]本仿生手的进一步改进在于：所述热赋形关节弯曲变形的角度为≥0且≤180。
[0011]本仿生手的进一步改进在于：所述热赋形弯曲变形的位置设置在关节处，每个手指上设有2或3个关节。
[0012]本仿生手的进一步改进在于：所述橡胶材料为硬度15
‑
45的食品级橡胶。
[0013]本专利技术还提供一种可抓握的仿生手的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（i）材料的选择：橡胶材料选用硬度15
‑
45的食品级橡胶，形状记忆合金材料选用直线型无毒无害
的NiTi合金丝、薄片；（ii）固化成型：将步骤（i）的直线型形状记忆合金材料规则的放入仿生手阴模内，然后向所述阴模内浇注步骤（i）的橡胶材料并室温固化24小时，制得橡胶基形状记忆合金复合材料的仿生手展开状态的初形；（iii）热赋形处理：将步骤（ii）的仿生手放入热赋形温度高于形状记忆合金奥氏结束温度的环境下使其热赋形弯曲变形成抓握状态，实现预定义抓握形状，所述热赋形弯曲变形位置为关节，随着温度的降低，当温度低于马氏开始温度时，形状记忆合金材料的刚度降低，在橡胶材料的弹性力作用下不足以维持抓握形状，逐渐回复展开状态的初形。
[0014]本制备方法的进一步改进在于：所述步骤（ii）的直线型形状记忆合金材料上设有弹簧，所述弹簧的两端均与导线连接。
[0015]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的有益效果是：本专利技术制作工艺简单、成本低廉，其应用橡胶材料的高弹性回复特性及形状记忆合金材料优异的形状记忆效应和驱动效应，通过工作环境温度的激励，实现仿生手的抓握与展开。其外观好看、坚固耐用、容易操作不仅可与人手相媲美且兼具抓握功能，与机械假肢、电动假肢和肌电假肢相比，无需额外的机械驱动装置即可实现抓握功能，方便了残疾患者的日常活动，彰显了其卓越的性能，有大力推广的必要。
附图说明
[0016]图1是本专利技术热赋形前的结构示意图；图2是本专利技术热赋形后的结构示意图；图3是本专利技术手指在电驱动下热赋形前的结构示意图；图4是本专利技术手指在电驱动下热赋形后的结构示意图；图5是本专利技术仿生手内形状记忆合金材料的相转变温度图。
[0017]其中，1、手指；2、形状记忆合金材料；3、关节；4、手掌；5、弹簧；6、导线。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明：一种可抓握的仿生手，如图1
‑
5所示，其包括由橡胶基形状记忆合金复合材料一体制成的手指1和手掌4，所述手指1上设有关节3，所述关节3设置在热赋形变形处，也就是说热赋形变形的位置就是关节3的位置，关节3的位置是由热赋形变形的位置确定的,可随客户要求实现个人定制。
[0019]所述手指1和手掌4的皮肤和血肉组织由橡胶材料制成，手指1和手掌4的仿生骨骼由直线型的形状记忆合金材料2制成，所述仿生骨骼的活动处设有关节3。所述橡胶材料为硬度15
‑
45的食品级橡胶材料，以满足无毒无害、柔性大、变形弯曲的特征。所述形状记忆合金材料2选用无毒无害的NiTi合金丝、薄片。先将直线型的形状记忆合金材料2如图1所示规则的放置在仿生手的阴模内，然后向所述阴模内浇注橡胶材料并室温固化24小时后制得橡胶基形状记忆合金复合材料的仿生手最初展开状态的初形如图1所示。
[0020]所述橡胶基形状记忆合金复合材料具有橡胶材料的高弹性回复特性和形状记忆合金材料2优异的形状记忆效应和驱动效应。形状记忆合金通常由两种或两种以上金属元素组成，当两种或两种以上金属元素按照特定的重量比组成，形状记忆合金就会有一个相
转变温度（包括奥氏相转变温度和马氏相转变温度），可通过DSC曲线升温、降温曲线切线读取。通过调节各组成金属元素的重量比，可以调节组成的形状记忆合金材料的相转变温度。本实施例中形状记忆合金奥氏开始温度58.24℃、奥氏结束温度70.89℃、马氏开始温度为47.51℃、马氏结束温度33.92℃，如图5所示。
[0021]所述形状记忆合金材料2为奥氏结束温度不高于75℃，马氏开始温度不高于50℃的一种或多种，且形状为丝、薄片，最好选择为直径1mm的丝状。实验表明：将直径1mm的形状记忆合金材料2丝固化在厚度10
‑
15mm,宽度6
‑
10mm，长度不限，硬度40的橡胶基仿生手中，均可以在环境温度驱动和电驱动作用下，实现仿生手的展开与弯曲（抓握）双向反复变形。若形状记忆合金材料2丝的直径过低，则加热至奥氏结束温度后，产生的形状记忆回复力不足以抵消橡胶材料弯曲的弹性力，无法实现仿生手的高温弯曲变形（抓握）；相反，若形状记忆合金材料2丝的直径过高，虽然可以轻易满足加热至奥氏结束温度后，仿生手的弯曲抓握变形，但是当温度降低至形状记忆合金马氏开始温度后，橡胶材料的弹性回复力不足以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可抓握的仿生手，其特征在于：包括由橡胶基形状记忆合金复合材料一体制成的手指（1）和手掌（4），所述手指（1）上设有关节（3），所述关节（3）设置在热赋形变形处，在工作温度的激励下，所述关节（3）的弯曲和伸直顺利实现仿生手的抓握和展开，所述仿生手的抓握和展开过程如下：当工作温度低于形状记忆合金马氏开始温度时，仿生手的手指（1）处于展开状态；当环境温度高于形状记忆合金奥氏结束温度时，仿生手的手指（1）处于弯曲状态与手掌（4）靠近，实现抓握功能。2.根据权利要求1所述的一种可抓握的仿生手，其特征在于：所述手指（1）和手掌（4）的皮肤和血肉组织由橡胶材料制成，所述橡胶材料内设有直线型的形状记忆合金材料（2）制成的仿生骨骼，所述仿生骨骼的活动处设有关节（3）。3.根据权利要求2所述的一种可抓握的仿生手，其特征在于：所述形状记忆合金材料（2）为奥氏结束温度不高于75℃，马氏开始温度不高于50℃的一种或多种，且形状为丝。4.根据权利要求3所述的一种可抓握的仿生手，其特征在于：所述形状记忆合金材料（2）上设有弹簧（5），所述弹簧（5）的两端均与导线（6）连接。5.根据权利要求1所述的一种可抓握的仿生手，其特征在于：所述仿生手首次使用前需在关节（3）处热赋形处理实现热赋形弯曲变形，所述热赋形温度高于形状记忆合金奥氏结束温度100℃。6.根据权利要求5所述的一种可抓握的仿生手，其特征在于：所述热赋形关节（3）弯曲变形的角度为≥0且≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜海洋，赵亚军，周小利，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：