[發明專利]具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊

在審

• 申請號: 202210084806.8
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114406997A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 閆繼宏;許志東;石培沛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J17/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 王海婷

1.一種具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：包括軟折紙致動器(1)、被動剛度調節帶(2)、纖維限制線(3)、應變感知單元(4)、應變限制層(5)、信號線(6)和氣管(7)；

所述的軟折紙致動器(1)內設有一個氣室(8)，所述的氣管(7)設置在軟折紙致動器(1)的一端，且與氣室(8)連通，在軟折紙致動器(1)的周向纏繞若干約束軟紙致動器充氣后沿徑向膨脹的纖維限制線(3)，所述的被動剛度調節帶(2)設置在軟折紙致動器(1)頂部，在軟折紙致動器(1)的底部內嵌三個離散分布的應變感知單元(4)和一個應變限制層(5)，所述的應變限制層(5)布置在三個應變感知單元(4)的下方，每個應變感知單元(4)的兩端各連接一個信號線(6)，六條信號線(6)的自由端均伸出軟折紙致動器(1)布置，所述的軟折紙致動器(1)的材質與應變感知單元(4)的材質相同，通過澆注方式實現軟折紙致動器(1)與應變感知單元(4)的無縫連接；

所述的軟折紙致動器(1)采用吉村紋式結構，軟折紙致動器(1)包括多個結構完全相同的折紙單元，相鄰兩折紙單元之間的被動剛度調節帶(2)留有一定余量；

三個應變感知單元(4)將所述的軟折紙致動器(1)沿軸向分為三段，相應的所述被動剛度調節帶(2)也分為三段，每段的軟折紙致動器(1)彎曲變形由底部相應的應變感知單元(4)獲得，且每段被動剛度調節帶(2)的段內的余量相同；

當三段被動剛度調節帶(2)的余量均相同時，通過氣管(7)充氣后，軟折紙彎曲模塊整體具有相同的曲率，軟折紙彎曲模塊表現出整體雙重柔順變形-剛度被動順序調節；

當三段被動剛度調節帶(2)的余量不同時，通過氣管(7)充氣后，每段軟折紙致動器(1)單獨經歷雙重柔順變形-剛度被動順序調節的過程，軟折紙彎曲模塊表現出分段不同曲率的彎曲。

2.根據權利要求1所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：所述折紙單元的軸向寬度為4-20mm，在每個折紙單元頂部設有固定被動剛度調節帶(2)的平面凸起(9)，且平面凸起(9)的軸向寬度為2-3mm，相鄰兩個折紙單元之間形成一個V型凹槽(10)。

3.根據權利要求1所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：所述軟折紙致動器(1)的材料為硅膠，所述應變感知單元(4)為壓阻型柔性應變傳感器，所述應變感知單元(4)包括硅膠基底和碳基導電填料。

4.根據權利要求2所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：所述被動剛度調節帶采用波浪式折疊方式折疊，且對應折紙單元的平面凸起(9)處折有安裝平面，對應軟折紙致動器(1)的V型凹槽(10)處折有余量。

5.根據權利要求2所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：在所述軟折紙致動器(1)的所有平面凸臺和V型凹槽(10)處分別套設一個環形纖維限制線(3)。

6.根據權利要求1所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：所述信號線(6)以蛇型方式水平內嵌在軟折紙致動器(1)的底部內部。

7.根據權利要求3所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：所述應變感知單元(4)所使用導電硅膠的彈性模量低于軟折紙致動器(1)所使用硅膠的彈性模量。

8.根據權利要求1所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：所述被動剛度調節帶(2)采用柔軟的滌綸絲帶，厚度為0.25mm；所述應變限制層(5)采用滌綸布。

9.根據權利要求3所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：所述應變感知單元(4)的導電填料采用長度約為0.05mm的多壁碳納米管和長度為0.15mm的碳纖維絲。

10.根據權利要求1-9中任一項所述的具有順序剛度調節功能的仿生結構-感知一體化軟折紙彎曲模塊，其特征在于：所述軟折紙致動器(1)底部均勻布置若干半圓柱條紋(11)。