CN116277931A - 一种气动软网格弯曲驱动器及其工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气动软网格弯曲驱动器及其工艺方法。本发明驱动器，包括：顶部的可扩展层、由不可拉伸材料组成的底部限制层以及各腔室之间的肋板，在通入压缩气体后，腔室内壁优先膨胀，而相邻腔室之间的间隙很小导致内壁之间相互挤压，从而使可扩展层优先伸长，底部由于不可拉伸材料的限制无法伸长，使得整个驱动器产生弯曲变形，通过控制输入压力的大小，来控制驱动器的弯曲角度。本发明利用3D打印技术制作了驱动器的模具，此模具的可扩展层采用分体式，并在模具上加入了吊耳，使得驱动器的脱模十分简单。通过此方法制作的驱动器不仅能实现弯曲还具有一定的负载性能。

Description

一种气动软网格弯曲驱动器及其工艺方法

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，具体而言，尤其涉及一种气动软网格弯曲驱动器及其工艺方法。

背景技术

软体机器人作为一种具有柔性变形特性的新型机器人，已成为近年来最热门的研究领域之一，在救援探测、医疗设备、智能制造等领域均有广泛地应用前景。软体机器人主要是依靠软体驱动器实现自身运动，作为软体机器人的重要组成部分，国内外研究学者对其制作工艺开展了广泛的研究。

在软体驱动器的研究现状中，有多种驱动方式可以实现软体机器人的柔性变形，例如智能材料驱动、化学驱动、线驱动、气压驱动等。智能材料驱动的驱动器大多输出力小、响应速度慢；化学驱动的驱动器虽能实现自主运动，但制作工艺复杂且难度较大；线驱动驱动器的制作和控制过程较为复杂；气压驱动的驱动器相对于其它驱动方式，具有变形原理简单、便于制造、柔性高、响应速度快等优点，被国内外研究机构广泛研究应用。

软体驱动器按照变形原理可分为气动网格型、纤维增强型、气室型三类。气动网格型驱动器由多个互相连通的气囊和底部限制层构成，根据两部分在气压作用下的变形量的不同实现弯曲运动。气动网格型驱动器的制作方法大体分为3D打印与铸造成型两大类。其中3D打印中常用的材料主要为硬质材料，像硅胶一样的软体材料所需的打印成本较高，并且若是驱动器损坏，无法进行补救。铸造成型技术是网格型驱动器中常见的一种方法，它是通过3D打印模具，将液态硅胶注入到模具中固化成型。这种方式不仅成本低，制作工艺简单，而且在驱动器损坏不太严重时，能在损坏处涂抹一定的硅胶进行补救。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种气动软网格弯曲驱动器及其工艺方法。本发明利用3D打印技术制作了驱动器的模具，此模具的可扩展层采用分体式，并在模具上加入了吊耳，使得驱动器的脱模十分简单。通过此方法制作的驱动器不仅能实现弯曲还具有一定的负载性能。

本发明采用的技术手段如下：

一种气动软网格弯曲驱动器，包括：顶部的可扩展层、由不可拉伸材料组成的底部限制层以及各腔室之间的肋板，在通入压缩气体后，腔室内壁优先膨胀，而相邻腔室之间的间隙很小导致内壁之间相互挤压，从而使可扩展层优先伸长，底部由于不可拉伸材料的限制无法伸长，使得整个驱动器产生弯曲变形，通过控制输入压力的大小，来控制驱动器的弯曲角度。

进一步地，所述气动软网格弯曲驱动器由布氏硬度15的硅胶材料铸造而成，且硅胶为室温硫化硅胶。

进一步地，制作所述气动软网格弯曲驱动器的模具采用3D打印技术，模具的材料为聚乳酸。

进一步地，所述气动软网格弯曲驱动器的模具包括可扩展层模具和限制层模具，可扩展层模具为分体式模具，且为便于取模，在模具中加入吊耳设计。

本发明还提供了一种气动软网格弯曲驱动器的工艺方法，包括：

制作可扩展层模具和限制层模具：通过三维绘图软件绘制出气动软网格弯曲驱动器的三维模型，倒入到切片软件中处理，最后由3D打印机制作完成；

配制硅胶溶液：将硅胶A、B溶液按照重量1：1进行混合，充分搅拌后放入真空机脱泡处理，直至硅胶无气泡产生；

制作可扩展层：将硅胶溶液注入到可扩展层模具中，在室温下静置4-6h，待硅胶凝固后脱模处理，可扩展层制作完成；

制作限制层：将硅胶溶液注入到限制层模具中，将尼龙网布放入到硅胶溶液中，静置4-6h，待硅胶凝固后脱模处理，限制层制作完成；

制作网格型弯曲驱动器：将硅胶粘结剂涂抹在限制层上，将可扩展层与限制层粘接在一起，静置12h后形成网格型弯曲驱动器。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的气动软网格弯曲驱动器的制作工艺简单、模具简单容易制作、不需要复杂处理方法就能固化成型。

2、本发明利用此工艺流程制作出了一款气动软网格弯曲驱动器。通过绘制驱动器的三维模具图，导入到3D打印机中打印出模具，然后利用铸造成型的方式制作出来驱动器实物。

3、本发明所设计的驱动器模具材料为聚乳酸，具有一定的强度，且为了便于脱模，在模具上加入了吊耳设计。

综上，应用本发明的技术方案，该网格型驱动器的制作工艺流程不仅可以制作出一款驱动器，且制作工艺简单、成本较低、不需要复杂处理方法就能固化成型，并且所制作的驱动器材料十分柔软，对后续应用于机械手等有很好的基础作用。

基于上述理由本发明可在柔性机器人等领域广泛推广。

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为本发明气动软网格弯曲驱动器的结构示意图。

图2为本发明气动软网格弯曲驱动器的工艺方法的可扩展层模具图。

图3为本发明气动软网格弯曲驱动器的工艺方法的限制层模具图。

图中：可扩展层；2、底部限制层；3、肋板；4、可扩展层上模；5、可扩展层下模；6、限制层底模。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种气动软网格弯曲驱动器，包括：顶部的可扩展层、由不可拉伸材料组成的底部限制层以及各腔室之间的肋板，在通入压缩气体后，腔室内壁优先膨胀，而相邻腔室之间的间隙很小导致内壁之间相互挤压，从而使可扩展层优先伸长，底部由于不可拉伸材料的限制无法伸长，使得整个驱动器产生弯曲变形，通过控制输入压力的大小，来控制驱动器的弯曲角度。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述气动软网格弯曲驱动器由布氏硬度15的硅胶材料铸造而成，且硅胶为室温硫化硅胶。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，制作所述气动软网格弯曲驱动器的模具采用3D打印技术，模具的材料为聚乳酸。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，所述气动软网格弯曲驱动器的模具包括可扩展层模具(可扩展层上模4和可扩展层下模5)和限制层模具(限制层底模6)，可扩展层模具为分体式模具，且为便于取模，在模具中加入吊耳设计。

本发明还提供了一种气动软网格弯曲驱动器的工艺方法，包括：

制作可扩展层模具和限制层模具：通过三维绘图软件绘制出气动软网格弯曲驱动器的三维模型，倒入到切片软件中处理，最后由3D打印机制作完成；

配制硅胶溶液：将硅胶A、B溶液按照重量1：1进行混合，充分搅拌后放入真空机脱泡处理，直至硅胶无气泡产生；

制作可扩展层：将硅胶溶液注入到可扩展层模具中，在室温下静置4-6h，待硅胶凝固后脱模处理，可扩展层制作完成；

制作限制层：将硅胶溶液注入到限制层模具中，将尼龙网布放入到硅胶溶液中，静置4-6h，待硅胶凝固后脱模处理，限制层制作完成；

制作网格型弯曲驱动器：将硅胶粘结剂涂抹在限制层上，将可扩展层与限制层粘接在一起，静置12h后形成网格型弯曲驱动器。

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 (5)

1.一种气动软网格弯曲驱动器，其特征在于，包括：顶部的可扩展层、由不可拉伸材料组成的底部限制层以及各腔室之间的肋板，在通入压缩气体后，腔室内壁优先膨胀，而相邻腔室之间的间隙很小导致内壁之间相互挤压，从而使可扩展层优先伸长，底部由于不可拉伸材料的限制无法伸长，使得整个驱动器产生弯曲变形，通过控制输入压力的大小，来控制驱动器的弯曲角度。

2.根据权利要求1所述的气动软网格弯曲驱动器，其特征在于，所述气动软网格弯曲驱动器由布氏硬度15的硅胶材料铸造而成，且硅胶为室温硫化硅胶。

3.根据权利要求2所述的气动软网格弯曲驱动器，其特征在于，制作所述气动软网格弯曲驱动器的模具采用3D打印技术，模具的材料为聚乳酸。

4.根据权利要求3所述的气动软网格弯曲驱动器，其特征在于，所述气动软网格弯曲驱动器的模具包括可扩展层模具和限制层模具，可扩展层模具为分体式模具，且为便于取模，在模具中加入吊耳设计。

5.一种基于权利要求1-4中任意一项权利要求所述气动软网格弯曲驱动器的工艺方法，其特征在于，包括：

制作可扩展层模具和限制层模具：通过三维绘图软件绘制出气动软网格弯曲驱动器的三维模型，倒入到切片软件中处理，最后由3D打印机制作完成；

配制硅胶溶液：将硅胶A、B溶液按照重量1：1进行混合，充分搅拌后放入真空机脱泡处理，直至硅胶无气泡产生；

制作可扩展层：将硅胶溶液注入到可扩展层模具中，在室温下静置4-6h，待硅胶凝固后脱模处理，可扩展层制作完成；

制作限制层：将硅胶溶液注入到限制层模具中，将尼龙网布放入到硅胶溶液中，静置4-6h，待硅胶凝固后脱模处理，限制层制作完成；

制作网格型弯曲驱动器：将硅胶粘结剂涂抹在限制层上，将可扩展层与限制层粘接在一起，静置12h后形成网格型弯曲驱动器。

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