[發明專利]一種智能仿生分離拾取裝置、制造方法及分離拾取方法

有效

• 申請號: 201910680429.2
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110434879B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 文世峰;陳柯宇;周燕;陳道兵;王沖;劉洋;胡輝;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B22F3/105;B33Y80/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;張彩錦

本發明屬于分離拾取裝置領域，并具體公開了一種智能仿生分離拾取裝置、制造方法及分離拾取方法，其由形狀記憶合金材料一體成形，包括口管主體、水循環流道、一對口管上顎和多個舌狀剛毛，口管主體為兩端粗、中間細的圓管，水循環流道為口管主體內壁中的環狀通道，一對口管上顎位于所述口管主體一端，呈對稱分布，多個舌狀剛毛位于口管主體內壁兩側；當溫度低于形狀記憶合金完全奧氏體化溫度時，口管上顎張開，舌狀剛毛均朝向一側；當溫度高于形狀記憶合金完全馬氏體化溫度時，口管上顎閉合，口管主體發生扭轉，舌狀剛毛伸展并朝向另一側；通過不同溫度下各部位形變配合工作，實現分離拾取，結構簡單、智能化，具有良好的可操作性和實用性。

技術領域

本發明屬于分離拾取裝置領域，更具體地，涉及一種智能仿生分離拾取裝置、制造方法及分離拾取方法。

背景技術

分離拾取裝置已經滲透到國民生產生活的方方面面，在采礦業、農業等環境惡劣，需要大量人力投入的行業更是有著無法替代的作用；然而，傳統的大型機械分離拾取裝置需要各機械零部件配合聯動，結構復雜、功能單一，且對工作條件、環境溫度和操作人員有較高的要求，隨著人們對生產效率、工作安全的要求不斷提高，傳統的分離拾取裝置已經不能滿足工業活動日益增長的智能化需要。

不同的生物為了適應各自的生存環境具有不同的活動構造特征，這是生物在長期進化的過程中逐步適應生存環境的結果。竹象蟲成蟲以竹筍為食，取食是依靠其上顎的“開合-旋轉”運動將食物夾緊，再通過頭管扭轉運動將食物擠壓或撕斷，最后通過簇生毛狀的舌將食物汁液及碎屑吸食，是適應復雜的自然環境演化出來的高效實用的取食方式，為智能化分離拾取裝置提供了可靠的仿生基礎。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種智能仿生分離拾取裝置、制造方法及分離拾取方法，其目的在于，通過形狀記憶合金材料一體成形分離拾取裝置，仿生竹象蟲成蟲口管，通過不同溫度下各部位形變相互配合進行分離拾取，結構簡單、智能化、分離拾取過程協同高效，具有良好的可操作性和實用性。

為實現上述目的，按照本發明的第一個方面，提出了一種智能仿生分離拾取裝置，由形狀記憶合金材料一體成形，包括口管主體、水循環流道、一對口管上顎和多個舌狀剛毛，其中，所述口管主體為兩端粗、中間細的圓管；所述水循環流道為位于所述口管主體內壁中的環狀通道；一對所述口管上顎位于所述口管主體一端，且呈對稱分布；多個所述舌狀剛毛位于所述口管主體內壁兩側；

該分離拾取裝置在不同溫度下呈現不同狀態：當溫度低于形狀記憶合金完全奧氏體化的溫度時，裝置呈放松狀態，即一對口管上顎張開，多個舌狀剛毛均朝向一側；當溫度高于形狀記憶合金完全馬氏體化的溫度時，裝置呈拾取狀態，即一對口管上顎閉合，口管主體發生扭轉，多個舌狀剛毛伸展并朝向另一側。

作為進一步優選的，所述形狀記憶合金為鎳鈦合金、銅基形狀記憶合金、鐵錳基形狀記憶合金、高分子形狀記憶合金中的一種。

作為進一步優選的，所述口管上顎為半月牙形。

按照本發明的第二個方面，提供了一種上述智能仿生分離拾取裝置的制造方法，包括如下步驟：在高于形狀記憶合金完全馬氏體化的溫度環境下，采用形狀記憶合金材料通過3D打印一體化成形呈拾取狀態的裝置；在低于形狀記憶合金完全奧氏體化的溫度環境下，通過外部載荷作用使裝置呈放松狀態，從而完成裝置在不同溫度條件的狀態記憶。

按照本發明的第三個方面，提供了一種智能仿生分離拾取方法，包括如下步驟：

S1向水循環流道注入溫度高于形狀記憶合金完全馬氏體化溫度的高溫水，裝置由放松狀態轉為拾取狀態，使待分離物體被口管上顎夾緊并從有口管上顎一端進入口管主體，進而待分離物體在口管主體的扭轉作用下被夾斷，并在口管主體和舌狀剛毛的共同作用下向口管主體另一端移動；

S2向水循環流道注入溫度低于形狀記憶合金完全奧氏體化溫度的低溫水，裝置由拾取狀態回復到放松狀態；