[發明專利]一種基于吉村折紙的軟體驅動器及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110371892.6
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113071124B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王黨校;張艷;王子琦;張玉茹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B29D22/02
• 分類號: B29D22/02;B29C69/00;B29C70/68;B29C39/02;B29C39/10;B29C65/48;B29L22/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明提供了一種基于吉村折紙的軟體驅動器及其制備方法和應用，屬于軟體折紙管技術領域。本發明基于吉村式折紙的結構，旨在通過預設折痕，實現較大的折展比；使用液體硅膠進一步突破了傳統折紙機構的折展比，由于液體硅膠具有一定的延展性以及碳纖維絲限制了軟體驅動器的徑向變形，因此，在氣壓作用下，軟體驅動器能突破傳統折紙機構結構的限制，進一步進行軸向伸長，達到更大的膨脹高度，本發明中，碳纖維起到限制軟體驅動器徑向膨脹的作用，且碳纖維也承受一定的壓強，進而軟體驅動器整體的承壓性能提高；外層硅膠主要起到定位碳纖維的作用。

技術領域

本發明涉及軟體折紙管技術領域，尤其涉及一種基于吉村折紙的軟體驅動器及其制備方法和應用。

背景技術

將折紙圖案引入薄壁結構的主要應用是折紙吸能盒。吸能盒由于其可預測和穩定的崩潰模式以及較低的制造成本而被廣泛用作低速碰撞中的能量吸收裝置。現有技術中已經對諸如矩形，多邊形橫截面，錐形管等不同管狀薄壁吸能結構的軸向屈曲行為展開了深入的研究。

針對軟體折紙管的加工工藝，Woongbae等人(W.Kim et al.,Bioinspired dual-morphing stretchable origami,Science Robotics,2019,4(36):eaay3493,doi:10.1126/scirobotics.aay3493.)根據“怪魚”啟發提出了軟體折紙單元分層澆注一體化加工工藝，但是僅能承受15kPa以下的氣壓，且最大輸出力僅在5N左右。上述軟體折紙管較小的承壓性能和輸出力在很大程度上限制了軟體折紙驅動器的應用范圍和使用的安全性。因此，研究大輸出力大承壓能力的軟體折紙驅動器的加工工藝，使其在實現結構承載功能前提下，同時能夠大尺寸的轉變形狀體積以適應不同工況，對擴大其應用范圍，如用作重物加持的軟體抓手的驅動器、通過體積膨脹擠壓人體腹部進而輔助呼氣的外骨骼機器人的驅動單元以及實現大型展開結構設計具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于吉村折紙的軟體驅動器及其制備方法和應用。本發明制得的基于吉村折紙的軟體驅動器承壓能力和輸出力大。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種基于吉村折紙的軟體驅動器的制備方法，包括以下步驟：

利用韌性耐高溫樹脂3D打印蠟膜模具和定位桿；

利用光敏樹脂3D打印第一外模模具和第二外模模具；所述蠟模模具、第二外模模具和第一外模模具的幾何尺寸之間的關系滿足：第二外模模具第一外模模具蠟模模具，所述第一外模模具有成鏡像對稱的螺旋凸起，所述定位桿上有螺旋線；所述蠟膜模具、第一外模模具和第二外模模具的形狀均基于吉村式折紙；

將所述定位桿插入蠟膜模具后澆注石蠟，然后脫模，得到蠟膜內模；

將Dragon Skin 20硅膠的A、B組分混合，得到硅膠液體；

將所述蠟膜內模放入所述第一外模模具中，使所述定位桿與第一外模模具上的螺旋凸起定位精確，然后依次澆注所述硅膠液體和脫模，得到內層硅膠；

將碳纖維沿所述內層硅膠的表面螺旋凹槽纏繞，然后放入所述第二外模模具中，然后依次澆注所述硅膠液體和脫模，得到外層硅膠；

將所述外層硅膠加熱使所述蠟膜內模溶解，得到軟體折紙機構；

將軟管和所述軟體折紙機構粘接，得到所述基于吉村折紙的軟體驅動器。

優選地，所述吉村式折紙的幾何參數滿足式1：

其中，γ為等腰梯形底角，θ為折痕連接的相鄰平面二面角，M為水平方向一層上等邊梯形數。

優選地，所述蠟模模具、第二外模模具和第一外模模具均由兩塊鏡像對稱的子模具配合構成。