一种非牛顿流体气动软体触手及其成型方法技术

本发明专利技术公开一种非牛顿流体气动软体触手及其成型方法，其中该装置由触手以及底盘组件构成。触手上部分为凹凸结构的应变层致动腔体，中间部分为应变限制层，下部为带有隔板的长方体阻尼腔体，上中部分之间为气体空腔，中下部分之间为非牛顿流体，当致动腔体内冲入气压时，由于中间应变限制层部分的应变要比上部分致动腔体单元的应变要小，因此触手向应变限制层侧弯曲，同时带动下部分阻尼腔体单元弯曲，因此阻尼腔体单元内密封的非牛顿流体受到剪切应力。非牛顿流体粘度随剪切速率发生改变，从而产生阻尼，使得触手在受到外界干扰的弯曲过程中出现的不稳定现象得以消除。并能够在复杂环境中进行稳定控制，从而有效的完成目标动作。

A Non-Newtonian Fluid Pneumatic Software Touch and Its Forming Method

【技术实现步骤摘要】
一种非牛顿流体气动软体触手及其成型方法
本专利技术涉及气动软体机械手
，特别是涉及一种非牛顿流体气动软体触手及其成型方法。
技术介绍
随着工业自动化的不断发展，机械手作为自动化装备中极为重要的一种装置，它的多样性也在不断地发展。目前，气动软体机械手成为行业内研究的热点。气动软体机械手不仅结构简单，价格低廉，而且具有很好的柔韧性，对抓取目标几乎没有伤害。但目前气动软体机械手由于是气动供给动力外加自身为软体结构，所以多数应用在环境比较良好的环境中。大部分气动软体触手在工作过程中自身刚度不能够控制。在抓取目标过程中假如遇到外界突发情况，触手受外界较大的干扰时，自身稳定性很难去保障。在一些环境相对恶劣，情况比较复杂的场合，气动软体机械手还是很难去保持稳定的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非牛顿流体气动软体触手及其成型方法，可以让软体触手在工作过程中一方面能够继续保留自身软的特性，另一方面能够在复杂环境下进行相对稳定的工作，具有一定的抗干扰能力。本专利技术设计的非牛顿流体气动软体触手结构简单，制作价格低廉、工作时稳定性强，易于控制，可靠性高。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种非牛顿流体气动软体触手，包括三个触手和底盘组件，三个触手均布安装在所述底盘组件的底面上；所述触手包括上部分致动腔体单元、中间应变限制层、下部分阻尼腔体单元以及非牛顿流体，所述上部分致动腔体单元的一端开设有与导气管相连的气孔，所述上部分致动腔体单元与中间应变限制层粘合连接后形成空腔，所述中间应变限制层的另一面与所述下部分阻尼腔体单元粘合形成封闭结构，该封闭结构内部注满所述非牛顿流体，所述非牛顿流体为淀粉与水按2:1的质量混合而成；所述底盘组件包括中部开设有三通道的圆筒、底盘、水平固定气管的长方形通道、固定触手的固定架和卡环，与三个所述触手连通的三根导气管的另一端依次经过所述卡环、固定架、底盘和长方形通道最后由所述圆筒固定在一起并与驱动装置相连。进一步地，所述上部分致动腔体单元包括多个中空的半圆片，并排连接的多个所述半圆片的中间连通设置有与所述气孔连接的气道，所述半圆片的中空腔体为气腔；所述上部分致动腔体单元为硅胶材质，且各个所述半圆片之间留有间隙。进一步地，所述中间应变限制层的材质为硅胶，所述中间应变限制层呈连续的非字型，且所述中间应变限制层与所述上部分致动腔体单元的内侧面完全贴合。进一步地，所述下部分阻尼腔体单元包括侧翼和带有隔板的长方体空间，所述长方体空间被隔板均匀的划分为多个空腔，所述非牛顿流体容置于各个空腔中，所述长方体空间的两侧一体连接有所述侧翼，所述侧翼的形状与所述中间应变限制层的非字型侧翼相贴合；所述下部分阻尼腔体单元的材质也为硅胶。本专利技术还提供一种非牛顿流体气动软体触手的成型方法，应用于上述的非牛顿流体气动软体触手，包括上部分致动腔体单元成型、中间应变限制层成型、下部分阻尼腔体单元成型和触手的合模成型，首先，上部分致动腔体单元的成型：利用3D打印机打印出致动腔体单元上模具和致动腔体单元下模具，所述致动腔体单元上模具包括上模具板面、气道板和若干半圆片，把搅拌好的硅胶倒入下模具的空腔中，然后盖好上模具，使上模具中的半圆片插入到下模具的圆弧腔中，使气道板压入下模具中隔板上的凹槽中，上下模具相结合后静待12小时拔模，形成具有气道和气腔的上部分致动腔体单元；中间应变限制层的成型：利用3D打印机打印出应变限制层的模具，该模具为中间设置连续非字型凹槽的模具板面，将制作好的硅胶倒入模具中的非字型凹槽中，静待12小时后拔模，形成中间应变限制层；下部分阻尼腔体单元成型：利用3D打印机打印出阻尼腔体单元上模具、阻尼腔体单元下模具和前后挡板，上模具为带有间隔长方体凸块和非字型侧翼的模板，下模具为中间设置有贯穿凹槽且凹槽两侧为凸台对称设置的非字型侧翼的模板，下模具的两侧翼两边还设置有挡板；把前后挡板通过胶水粘合在下模具的开口两端，把硅胶倒入下模具中，达到侧翼的最高平面后停止倒入，把上模具压入下模具中，静待12小时后拔模，形成具有两侧翼且中间为带有隔板的长方体空间的下部分阻尼腔体单元；触手的合模成型：把拔模后的下部分阻尼腔体单元再次装入下部分下模具中，把制作好的非牛顿流体均匀倒入长方体空间的4个腔内并由隔板隔开；把中间应变限制层放在装有非牛顿流体的下部分阻尼腔体单元上，下部分阻尼腔体单元的侧翼与中间应变限制层对齐，此时下模具的两侧挡板高于中间应变限制层，往下部分下模具中倒入硅胶静待12小时，中下部分粘合完成；最后把上部分致动腔体单元放在中下结合部分的中间表面上，对齐后倒入硅胶，等待12小时后拔模，合模完成。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：1、触手分为上、中、下以及非牛顿流体四部分组成，上部分为致动腔体单元(凹凸结构的应变层)，中间部分为应变限制层，下部为带有隔板的长方体阻尼腔体单元。非牛顿流体在下部分带有隔板的长方体阻尼腔体单元内，上中下三部分通过硅胶粘合，在粘合后的上部分致动腔体单元一侧开气孔。该结构在通入气压使得触手弯曲的同时，使得阻尼腔体单元内的非牛顿流体受到剪切力，非牛顿流体浓度变大，触手整体刚度变大，增加瞬时工作的稳定性。2、上部分致动腔体单元(凹凸结构的应变层)是把硅胶注入上部分下模具，由上部分上模具盖合，等待12小时后拔模制作而成。3、中间部分的应变限制层是把硅胶注入中间部分模具，等待12小时后拔模制作而成。4、下部分的带有隔板的长方体阻尼腔体单元是先把下部分模具前后板粘在下部分下模具前后两侧，然后把硅胶注入下部分下模具中，最后由下部分上模具盖合，等待12小时后拔模制作而成。下部分的带有隔板的长方体阻尼腔体单元中隔板的作用为使得非牛顿流体分割在几个较小的空间中，当驱动器弯曲运动时，非牛顿流体能够发生更大的剪切变形，从而产生更大的阻尼。5、非牛顿流体是由淀粉加热水2：1混和制作而成。6、上中下及其非牛顿流体四部分通过硅胶粘合分为五个步骤，第一步：下部分模具前后板把下部分下模具的两侧封住，然后把下部分阻尼腔体单元固定在下部分下模具中，第二步：把下部分阻尼腔体单元内注满非牛顿流体。第三步：中间应变限制层部分放置在下部分下模具中，并与装有非牛顿流体的下部分阻尼腔体单元整齐贴合，然后注入硅胶进行粘合，等待12小时。中下部分粘合完成，两者之间为非牛顿流体，形成封闭空间。第四步：上部分致动腔体单元放进下部分下模具中，并于中下粘合后的中间应变限制层的上层整齐贴合，然后注入硅胶进行粘合，等待12小时。上中下三部分粘合完成，上中部分之间为气腔。第五步：去除下部分下模具两侧的下部分模具前后板，然后拔模。7、在制作完后的上部分一侧开气孔是用针管对准上部分中的气道，然后扎入，换取不同针头大小的针管逐步扩张，最后导入直径为3mm的气管，气管与触手利用卡环结合，防止漏气。固定架与卡环和底盘连接，起到固定触手的作用，并且气管也经过固定架、卡环与触手相连接。8、底盘组件包括底盘、固定触手的固定架、与触手结合后连接到固定架上的卡环、底盘上水平固定气管的通道、中间开有三通的竖直固定气管的圆筒。水平固定气管的通道由螺栓安装在其自身一端两侧的支座上并固定在底盘上。该结构使其整体结构紧凑，外形美观，把气管聚合到一起，方便驱动操作。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非牛顿流体气动软体触手，其特征在于：包括三个触手和底盘组件，三个触手均布安装在所述底盘组件的底面上；所述触手包括上部分致动腔体单元、中间应变限制层、下部分阻尼腔体单元以及非牛顿流体，所述上部分致动腔体单元的一端开设有与导气管相连的气孔，所述上部分致动腔体单元与中间应变限制层粘合连接后形成空腔，所述中间应变限制层的另一面与所述下部分阻尼腔体单元粘合形成封闭结构，该封闭结构内部注满所述非牛顿流体，所述非牛顿流体为淀粉与水按2:1的质量混合而成；所述底盘组件包括中部开设有三通道的圆筒、底盘、水平固定气管的长方形通道、固定触手的固定架和卡环，与三个所述触手连通的三根导气管的另一端依次经过所述卡环、固定架、底盘和长方形通道最后由所述圆筒固定在一起并与驱动装置相连。

【技术特征摘要】
1.一种非牛顿流体气动软体触手，其特征在于：包括三个触手和底盘组件，三个触手均布安装在所述底盘组件的底面上；所述触手包括上部分致动腔体单元、中间应变限制层、下部分阻尼腔体单元以及非牛顿流体，所述上部分致动腔体单元的一端开设有与导气管相连的气孔，所述上部分致动腔体单元与中间应变限制层粘合连接后形成空腔，所述中间应变限制层的另一面与所述下部分阻尼腔体单元粘合形成封闭结构，该封闭结构内部注满所述非牛顿流体，所述非牛顿流体为淀粉与水按2:1的质量混合而成；所述底盘组件包括中部开设有三通道的圆筒、底盘、水平固定气管的长方形通道、固定触手的固定架和卡环，与三个所述触手连通的三根导气管的另一端依次经过所述卡环、固定架、底盘和长方形通道最后由所述圆筒固定在一起并与驱动装置相连。2.根据权利要求1所述的非牛顿流体气动软体触手，其特征在于：所述上部分致动腔体单元包括多个中空的半圆片，并排连接的多个所述半圆片的中间连通设置有与所述气孔连接的气道，所述半圆片的中空腔体为气腔；所述上部分致动腔体单元为硅胶材质，且各个所述半圆片之间留有间隙。3.根据权利要求2所述的非牛顿流体气动软体触手，其特征在于：所述中间应变限制层的材质为硅胶，所述中间应变限制层呈连续的非字型，且所述中间应变限制层与所述上部分致动腔体单元的内侧面完全贴合。4.根据权利要求3所述的非牛顿流体气动软体触手，其特征在于：所述下部分阻尼腔体单元包括侧翼和带有隔板的长方体空间，所述长方体空间被隔板均匀的划分为多个空腔，所述非牛顿流体容置于各个空腔中，所述长方体空间的两侧一体连接有所述侧翼，所述侧翼的形状与所述中间应变限制层的非字型侧翼相贴合；所述下部分阻尼腔体单元的材质也为硅胶。5.一种非牛顿流体气动软体触手的成型方法，应用于权利要求1-4中任一项所述的非牛顿流...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，王舜，杨扬，邵文韫，蒲华燕，彭艳，罗均，谢少荣，张丹，李孝伟，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31