[发明专利]一种基于SMP的仿生贝壳软体机械爪及其制造方法

说明书

本发明公开了一种仿生贝壳软体机械爪及其制造方法。包括通用单元和驱动单元，通用单元中部设置有驱动单元，所述的通用单元为长条状，通用单元连中部设置有折痕，并在折痕处开设通槽，通槽中布置驱动单元，驱动单元分别连接于通用单元通槽的两个槽边。本发明利用熔融沉积成型4D打印，通过形状记忆聚合物在热水浴中的激发变形，实现了模仿贝壳结构实现柔性抓取的功能。

技术领域

本发明提出了一种机械爪及其制造方法，尤其是提出了一种基于SMP的仿生贝壳软体机械爪及其制造方法。

背景技术

传统的抓取类装置主要有利用机械传动结构的机械手爪、利用气动驱动的吸盘等。但在新兴的应用领域中存在着相当多的弊端，机械手设计困难，更新速度较快，难以实现对于易碎、易变形物品的无损抓取；吸盘抓取则存在着对表面平整度的较高要求，应用场景较窄。

为了弥补上述抓取装置的不足，软体机械爪应运而生，其柔性抓取的特点使其可以有效地针对易碎易变形物体及表面不平整光洁的物体进行抓取。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，克服传统的气动和液动的问题和弊端，本发明提出一种利用SMP的4D打印柔性机械手的制造，实现柔性机械手的变形。本发明利用熔融沉积成型(Fused Deposition Modelling,FDM)4D打印，通过形状记忆聚合物(Shape MemoryPolymer，SMP)的在热水浴中的激发变形，实现了模仿贝壳结构实现柔性抓取的功能。

本发明对初始结构进行了设计，使用SMP实现仿生贝壳软体机械爪结构折叠技术。复杂仿生结构的制造需要SMP的同时配置、智能材料的刺激和打印过程的编程。

本发明的技术方案如下：

一、一种基于SMP的仿生贝壳软体机械爪：

机械爪包括通用单元和驱动单元，通用单元中部设置有驱动单元，所述的通用单元为长条状，通用单元中部设置有一条折痕，通用单元中部开设通槽，通槽中布置驱动单元，驱动单元分别连接于通用单元通槽在折痕两侧的两个槽边。

本发明将初始的粗产品结构分为驱动单元和通用单元，驱动单元可在外部刺激下发生应变实现变形运动，通用单元作为支撑和限制。

所述的驱动单元采用双层结构，双层结构分为上部和下部，上部和下部的打印方向是垂直的，使得上部和下部的填充图案分别是水平条纹和垂直条纹。

连接在通用单元通槽的两个槽边之间的所述驱动单元包括两个形状记忆条和间隙，形状记忆条平行布置且各自两端分别连接于通用单元通槽在折痕两侧的两个槽边之间，两个形状记忆条之间、形状记忆条和通用单元间均具有间隙。

二、仿生贝壳软体机械爪的制造方法，所述的制造方法采用以下4D打印方式制备而成：

1)选取形状记忆聚合物材料和非形状记忆聚合物材料作为打印的线材，根据需打印的产品模型先3D打印出通用单元，然后在通用单元之间打印出驱动单元，从而完成3D打印后获得粗产品；

打印后的粗产品结构被分为通用单元和负责驱动转换的驱动单元。

2)取下3D打印获得的粗产品，对驱动单元进行刺激使得驱动单元弯曲带动两个通用单元被翻转合拢变形，直至4D变形完全完成，获得4D打印产品。

所述1)中，采用非形状记忆聚合物材料打印出通用单元，采用形状记忆聚合物材料打印出驱动单元。

对驱动单元进行刺激，使得驱动单元结构变形，进而带动通用单元也变形。

所述对驱动单元进行刺激，具体是对驱动单元进行温度加热。

所述的温度加热是使用水浴加热的方式。