CN115139540B - 一种叠层式柔性执行器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种叠层式柔性执行器的制作方法，柔性执行器制造技术领域，所述制作方法包括如下步骤：选择板状柔性材料作为加工材料；根据预期执行器变形性能，设计具有各向异性的执行器叠层二维结构图纸；采用切割加工设备按照所述执行器叠层二维结构图纸对所述加工材料进行切割，得到执行器零件；对所述执行器零件进行冷却处理，直至所述执行器零件不会产生额外的粘连处，得到冷却后零件；对所述冷却后零件进行打磨处理，得到打磨后零件；对所有打磨后零件进行黏合，得到执行器整体。本发明制作出的执行器在具有向各个方向弯曲的能力的同时在制造零件的环节缩减了加工时间。本发明可以使执行器可以在短期内完成大量执行器零件的加工与制作。
Description
技术领域
本发明涉及柔性执行器制造技术领域，具体而言，尤其涉及一种叠层式柔性执行器的制作方法。
背景技术
现在柔性执行器领域各种产品层出不穷，人们可见机器人产业为加工制造业、农业、医学或是其他产业解决人力资源与保障安全性的解决方案。因柔性执行器的柔性特质在操作柔软的目标时更具有安全性，在人与机器人交互时更具有安全感，使得柔性执行器在各个领域都有需求。
现有的柔性执行器制作方式，大多采用3D打印，即是将融化的液态柔性材料通过打印机制作出执行器的本体，但这种液体材料融化会伴随高温，需要长时间的冷却。如果3D打印执行器采用模具制造，那么会使用数个小时到数十小时不等的时间制作模具，注模材料需要进行预处理，注模时至少需要烘干保温数十分钟。长时间的加工在应对紧急情况可能会无法有效投入使用，失去市场竞争力。综上所述，有待发明一种不需要长时间加工过程的柔性执行器制作方式。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种叠层式柔性执行器的制作方法，通过已有板状二维材料基础之上加工出具有各向异性的二维执行器零件，并叠加二维结构为三维结构，通过叠层的方式获得可以实现多个自由度方向上运动的执行器，更快速的制作出柔性执行器。以解决现有柔性执行器制作方式加工时间过长的技术问题。
本发明采用的技术手段如下：
一种叠层式柔性执行器的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
选择板状柔性材料作为加工材料；
根据预期执行器变形性能，设计具有各向异性的执行器叠层二维结构图纸；
采用切割加工设备按照所述执行器叠层二维结构图纸对所述加工材料进行切割，得到执行器零件；
对所述执行器零件进行冷却处理，直至所述执行器零件不会产生额外的粘连处，得到冷却后零件；
对所述冷却后零件进行打磨处理，得到打磨后零件；
对所有打磨后零件进行黏合，得到执行器整体。
进一步地，所述柔性材料包括聚氨酯材料和硅橡胶材料。
进一步地，所述执行器叠层二维结构包括：
变形区域，所述变形区域为执行器叠层变形的区域；
黏合区域，所述黏合区域为黏合二维结构的区域，所述黏合区域的黏合处不具备柔性变化；
执行区域，所述执行区域为负责对外输出力的结构。
进一步地，所述黏合区域上设置有用以减小黏合面的突出结构。
进一步地，设计所述具有各向异性的执行器叠层二维结构图纸时，采用结构上变形能力与柔性材料本身的弯曲能力并存的方式进行设计。
进一步地，对若干个所述打磨后零件进行黏合时，只黏合上下两端的结构平面，不黏合中间的交错结构。
进一步地，所述切割加工设备包括激光切割加工设备，所述激光切割加工设备的激光加热温度大于所述加工材料的熔点。
进一步地，对所述加工材料进行切割时，切割的叠层结在一张柔性原料板材上一次切割得出，实现一次切割对多组执行器的制作。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明过对二维材料直接加工，制作出二维结构的零件将会跳过成型、注模等环节，缩短执行器整体的制作时间，这些二维结构叠加出的三维执行器会具有柔性执行器所应该具备的各个方向上弯曲变形的能力，并在变形方向上具备各项异性的特性。
本发明能够充分利用切割加工、二维结构的自身的特点，开发出更具有加工速度与新式执行器设计思路的产品。以平面板状柔性材料制作执行器可以节约直接进行三维制作的时平面形成的时间，同时减少零件成型前后的冷却时间，可以使制造出来的执行器快速投入使用，同时打印件损坏也能更快寻找替代结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明实际操作过程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1-2所示，本发明提供了一种叠层式柔性执行器的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
选择板状柔性材料作为加工材料，所述柔性材料包括聚氨酯材料和硅橡胶材料。
根据预期执行器变形性能，设计具有各向异性的执行器叠层二维结构图纸，用结构上变形能力与柔性材料本身的弯曲能力并存的方式进行设计。所述执行器叠层二维结构包括：
变形区域，所述变形区域为执行器叠层变形的区域；
黏合区域，所述黏合区域为黏合二维结构的区域，所述黏合区域的黏合处不具备柔性变化，所述黏合区域上设置有用以减小黏合面的突出结构。
执行区域，所述执行区域为负责对外输出力的结构，可以同变形区域与执行区域相结合，结构设计时考虑切割设备加工的偏差，在设计环节补偿适当的结构尺寸，结构设计的思路可以采用结构上变形能力与柔性材料本身的弯曲能力并存的方式进行设计，最大程度上发挥柔性材料的变形能力。
设计时需要合理分配变形区域与黏合区域，黏合处应该避免柔性变化。
采用切割加工设备按照所述执行器叠层二维结构图纸对所述加工材料进行切割，得到执行器零件，对产生的有害气体做排放处理。切割速度v1应保证在其功率w1可以实现切割的同时实现最快速的切割，当采用不同的功率w2需要转换不同的速度v1，在切除柔性材料时可能会产生相应的有害气体需要及时的排放处理；
对所述执行器零件进行室温(20℃左右)冷却处理，为了快速降温可以采用风扇等制冷设备尽量避免温度过低，直至所述执行器零件不会产生额外的粘连处，得到冷却后零件；
对所述冷却后零件进行打磨处理，防止毛刺对执行器运动能力的影响，打磨时避免使用砂轮等不适宜打磨可能出现受热膨胀材料的工具，得到打磨后零件；冷却步骤与打磨步骤可同时进行。
对所有打磨后零件进行黏合，只黏合上下两端的结构平面，不黏合中间的交错结构。得到执行器整体。为保证快速加工应采用速干胶进行黏合，如果要实现特殊能力可以更换为其他柔性的胶水，黏合前采用酒精处理各个零件防止出现表面灰尘或油膜影响连接效果，黏合过程中注意黏合区域防止胶水在未凝固时转移到其他接触面，黏合过程中应保证各个平面接触良好，对执行器的黏合应该依照设计思路。
实施例
首先选用2mm厚的聚氨酯板作为执行器的原始材料。采用三维设计软件设计执行器结构，选择切割面导出2维dxf文件图纸。选择激光切割打印机，切割机型号：E-7045。导入dxf文件，在切割平面安排合理位置，保证不相互堆叠。激光切割机切割速度2mm/s，功率选择90％，聚氨酯板放入切割机，进行调整焦距。使用切割机切割时间与切割图形周长、数量相关。将切割出来的零件室温冷却15到20分钟，去除掉毛刺，采用酒精清洗表面。使用502速干胶黏合，粘合后2分钟冷却可以获得成品。整套执行器的制作可以在2小时内完成。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种叠层式柔性执行器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：
选择板状柔性材料作为加工材料；
根据预期执行器变形性能，设计具有各向异性的执行器叠层二维结构图纸包括：
变形区域，所述变形区域为执行器叠层变形的区域；
黏合区域，所述黏合区域为黏合二维结构的区域，所述黏合区域的黏合处不具备柔性变化；
执行区域，所述执行区域为负责对外输出力的结构；
采用切割加工设备按照所述执行器叠层二维结构图纸对所述加工材料进行切割，得到执行器零件；
对所述执行器零件进行冷却处理，直至所述执行器零件不会产生额外的粘连处，得到冷却后零件；
对所述冷却后零件进行打磨处理，得到打磨后零件；
对所有打磨后零件进行黏合，得到执行器整体；
为保证快速加工应采用速干胶进行黏合，黏合前采用酒精处理各个零件防止出现表面灰尘或油膜影响连接效果，黏合过程中注意黏合区域防止胶水在未凝固时转移到其他接触面，黏合过程中应保证各个平面接触良好。
2.根据权利要求1所述的叠层式柔性执行器的制作方法，其特征在于：所述柔性材料包括聚氨酯材料和硅橡胶材料。
3.根据权利要求1所述的叠层式柔性执行器的制作方法，其特征在于：所述黏合区域上设置有用以减小黏合面的突出结构。
4.根据权利要求1所述的叠层式柔性执行器的制作方法，其特征在于：设计所述具有各向异性的执行器叠层二维结构图纸时，采用结构上变形能力与柔性材料本身的弯曲能力并存的方式进行设计。
5.根据权利要求1所述的叠层式柔性执行器的制作方法，其特征在于，还包括：对若干个所述打磨后零件进行黏合时，只黏合上下两端的结构平面，不黏合中间的交错结构。
6.根据权利要求1所述的叠层式柔性执行器的制作方法，其特征在于：所述切割加工设备包括激光切割加工设备，所述激光切割加工设备的激光加热温度大于所述加工材料的熔点。
7.根据权利要求1所述的叠层式柔性执行器的制作方法，其特征在于：对所述加工材料进行切割时，切割的叠层结在一张柔性原料板材上一次切割得出，实现一次切割对多组执行器的制作。
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