[发明专利]一种能够逐级弯曲的软体抓手及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

发明内容

发明目的：本发明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。

技术方案：本发明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。

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。

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。

所述软体抓手至少包含三根软体单指。

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。

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。

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。

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。

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。

本发明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：

(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；

(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。

(3)采用PU材料通过3D打印制备软体单指；

(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。