[发明专利]一种仿生壁虎脚趾的电热驱动式软体抓手及其制备方法

权利要求书

1.一种仿生壁虎脚趾的电热驱动式软体抓手的制备方法，其特征在于：该方法用于制备一种仿生壁虎脚趾的电热驱动式软体抓手，该抓手包括基座和三根尺寸一致的仿生手指；

所述基座包括圆盘形座体（101）；圆盘形座体（101）的正面延伸设置有三个插接槽（102），且三个插接槽（102）围绕圆盘形座体（101）的中心线对称分布；每个插接槽（102）的槽底与圆盘形座体（101）的背面之间均贯通开设有一对外侧穿线孔（103）和一对内侧穿线孔（104）；

所述每根仿生手指均包括条形人工肌肉层（201）、条形柔性传热层（202）、条形可变刚度层（203）、条形柔性接触层（204）；条形人工肌肉层（201）的背面沿宽度方向开设有两道V形豁槽（205）；条形人工肌肉层（201）的内部埋设有由镍铬合金电阻丝绕制而成的U形电热螺线管（206），且U形电热螺线管（206）的两端均穿过条形人工肌肉层（201）的尾端面向外引出；条形柔性传热层（202）的背面与条形人工肌肉层（201）的正面粘接固定；条形柔性传热层（202）的内部埋设有由镍铬合金电阻丝绕制而成的蛇形电热线圈（207），且蛇形电热线圈（207）的两端均穿过条形柔性传热层（202）的尾端面向外引出；条形可变刚度层（203）的背面与条形柔性传热层（202）的正面粘接固定；条形柔性接触层（204）的背面与条形可变刚度层（203）的正面粘接固定；条形柔性接触层（204）的正面延伸设置有由多个蘑菇形柔性凸起（208）构成的柔性凸起阵列；

三根仿生手指的尾端一一对应地插接固定于三个插接槽（102）内；三个U形电热螺线管（206）的两端一一对应地贯穿三对外侧穿线孔（103）；三个蛇形电热线圈（207）的两端一一对应地贯穿三对内侧穿线孔（104）；

该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：制备条形人工肌肉层（201）；具体步骤如下：

①将Ecoflex00-50组分A与Ecoflex00-50组分B按质量比1:1混合后搅拌均匀，制得Ecoflex00-50预聚混合物；所述Ecoflex00-50组分A为铂催化硅橡胶基体；所述Ecoflex00-50组分B为铂催化硅橡胶固化剂；

②将无水乙醇与石墨烯混合后置于超声波清洗机中分散30min，制得分散液；所述无水乙醇与Ecoflex00-50预聚混合物的体积比为1:5；所述石墨烯与Ecoflex00-50预聚混合物的质量比为1:100；

③将Ecoflex00-50预聚混合物与分散液混合后搅拌10min，制得混合液；

④先将混合液注入模具内，再将由镍铬合金电阻丝绕制而成的U形电热螺线管（206）浸没于混合液中，然后固化成型，制得条形人工肌肉层（201）；

⑤在条形人工肌肉层（201）的背面沿宽度方向开设两道V形豁槽（205）；

步骤二：制备条形柔性传热层（202）；具体步骤如下：

①将聚二甲基硅氧烷与石墨烯按质量比100:1混合后搅拌10min，制得混合液；

②先将混合液注入模具内，再将由镍铬合金电阻丝绕制而成的蛇形电热线圈（207）浸没于混合液中，然后固化成型，制得条形柔性传热层（202）；

步骤三：制备条形可变刚度层（203）；具体步骤如下：

将热塑性聚氨酯弹性体加热熔化后注入模具内，然后热压成型，制得条形可变刚度层（203）；

步骤四：制备条形柔性接触层（204）；具体步骤如下：

①在洁净的玻璃片上旋涂厚度为20μm的光刻胶层，旋涂速度为1000r/min，旋涂时间为1min；然后，采用紫外光刻工艺和刻蚀工艺在光刻胶层上刻蚀形成由多个蘑菇形凹槽构成的凹槽阵列；

②将聚二甲基硅氧烷与固化剂按体积比10:1混合后搅拌10min，制得混合液；

③先将混合液置于真空环境下脱气10min，再将混合液旋涂于光刻胶层上，旋涂速度为2000r/min，旋涂时间为1min，然后固化成型，制得条形柔性接触层（204）以及由多个蘑菇形柔性凸起（208）构成的柔性凸起阵列；

步骤五：先将条形柔性传热层（202）的背面与条形人工肌肉层（201）的正面粘接固定，再将条形可变刚度层（203）的背面与条形柔性传热层（202）的正面粘接固定，然后将条形柔性接触层（204）的背面与条形可变刚度层（203）的正面粘接固定，由此制得单根仿生手指；

步骤六：重复执行步骤一至步骤五，制得三根仿生手指；

步骤七：采用聚四氟乙烯制备基座；所述基座包括圆盘形座体（101）；圆盘形座体（101）的正面延伸设置有三个插接槽（102），且三个插接槽（102）围绕圆盘形座体（101）的中心线对称分布；每个插接槽（102）的槽底与圆盘形座体（101）的背面之间均贯通开设有一对外侧穿线孔（103）和一对内侧穿线孔（104）；

步骤八：先将三个U形电热螺线管（206）的两端一一对应地贯穿三对外侧穿线孔（103），再将三个蛇形电热线圈（207）的两端一一对应地贯穿三对内侧穿线孔（104），然后将三根仿生手指的尾端一一对应地插入三个插接槽（102）内，并用热熔胶填充固定，由此制得一种仿生壁虎脚趾的电热驱动式软体抓手。