[发明专利]一种改进型柔性驱动器驱动的软体机器人模块及制作方法

权利要求书

1.一种改进型柔性驱动器驱动的软体机器人模块，由柔性驱动单元组(A)、导线组(1)、羊眼螺丝组Ⅰ(3)、顶盖(2)、弹簧(4)、矩形壳体(5)、羊眼螺丝组Ⅱ(6)和底盖(7)组成，其特征在于，所述的柔性驱动单元组(A)由驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)组成，驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)结构完全相同，均由柔性驱动单元小柱形腔室(12)、1-4个改进型柔性驱动器(10)、1-4个柔性制冷器(11)组成，其中1-4个改进型柔性驱动器(10)置于柔性驱动单元小柱形腔室(12)的中心位置，1-4个柔性制冷器(11)填充于柔性驱动单元小柱形腔室(12)的其它空隙；所述的改进型柔性驱动器(10)由镀银尼龙6,6纤维(13)、直径为0.3mm-0.5mm的镀石墨尼龙纤维(14)、直径为0.2mm-0.4mm的镍镉合金丝(15)和热敏电阻(16)组成，其中热敏电阻(16)为3个；镀银尼龙6,6纤维(13)、镀石墨尼龙纤维(14)和镍镉合金丝(15)螺旋状连接，3个热敏电阻(16)在镀银尼龙6,6纤维(13)、镀石墨尼龙纤维(14)和镍镉合金丝(15)的长度方向分上、中、下镶嵌于其中，3个热敏电阻(16)的引线分别固接于螺旋状的镀银尼龙6,6纤维(13)、镀石墨尼龙纤维(14)和镍镉合金丝(15)；所述矩形壳体(5)的材料为硅树脂，顶盖(2)、底盖(7)的材料为工程ABS塑料，弹簧(4)的材料为弹簧钢；从横截面看，柔性驱动单元组(A)的驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)呈四方形置于矩形壳体(5)内，驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)的间距均为20-30mm，弹簧(4)填充于驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)的中心，弹簧(4)上端与顶盖(2)固接，弹簧(4)下端与底盖(7)固接；矩形壳体(5)的长、宽、高分别为：长30-40mm、宽30-40mm、高100-120mm；矩形壳体(5)上端与顶盖(2)固接，矩形壳体(5)下端与底盖(7)固接；柔性驱动单元组(A)中柔性驱动单元小柱形腔室(12)顶端的柔性制冷器(11)经羊眼螺丝组Ⅰ(3)的4个羊眼螺丝与顶盖(2)固接；柔性驱动单元小柱形腔室(12)底端的柔性制冷器经羊眼螺丝组Ⅱ(6)的4个羊眼螺丝与底盖(7)固接；导线组Ⅰ(1)的4根导线分别串接柔性驱动单元组(A)中驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)的1-4个改进型柔性驱动器(10)和1-4个柔性制冷器(11)的正极；导线组Ⅰ(1)的4根导线上端经羊眼螺丝组Ⅰ(3)中通孔组Ⅰ(9)的4个通孔引出；导线组Ⅰ(1)的4根导线下端经羊眼螺丝组Ⅱ(6)中通孔组Ⅱ(8)的4个通孔引出，并与电源、控制面板、温度自感反馈系统连接。

2.一种改进型柔性驱动器驱动的软体机器人模块的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤2.1按权利要求1所述的一种改进型柔性驱动器驱动的软体机器人模块的内容配备所需材料：导线组(1)的4根导线、羊眼螺丝组Ⅰ(3)的4个羊眼螺丝、顶盖(2)、弹簧(4)和柔性驱动单元组(A)、矩形壳体(5)、羊眼螺丝组Ⅱ(6)的4个羊眼螺丝和底盖(7)；

步骤2.2柔性驱动单元组(A)的驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)的制作包括下列步骤：

驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)结构完全相同，均由柔性驱动单元小柱形腔室(12)、1-4个改进型柔性驱动器(10)、1-4个柔性制冷器(11)组成，其中1-4个改进型柔性驱动器(10)置于柔性驱动单元小柱形腔室(12)的中心位置，1-4个柔性制冷器(11)填充于柔性驱动单元小柱形腔室(12)的其它空隙；

步骤2.3改进型柔性驱动器(10)的制作方法包括下列步骤：

步骤2.3.1制备镀石墨尼龙纤维(14)：

采用低压化学气相沉积技术在铜箔上合成单层石墨烯；在去除铜箔表面的天然氧化铜后，用氢气在1000℃的温度下退火30min；然后，用10ml甲烷和15ml氢气的混合物在1000℃的铜片上制备单层石墨烯；使用聚合物载体的湿法转移技术来制作大面积单层石墨烯覆盖尼龙纤维；将20ml聚甲基丙烯酸甲酯溶解于40 mg/mL氯苯中，旋涂在石墨烯以及铜箔表面，在空气中干燥；将4ml聚甲基丙烯酸甲酯、2ml石墨烯、2mg铜箔放置在50ml过硫酸铵溶液的表面上，对铜进行刻蚀；将8ml聚甲基丙烯酸甲酯、5ml石墨烯薄膜放入超纯水中多次冲洗，以去除蚀刻液；通过旋转驱动一圈，将制备的聚甲基丙烯酸、甲酯石墨烯薄膜包裹在尼龙纤维上；在完全干燥涂覆聚甲基丙烯酸甲酯、石墨烯薄膜的尼龙纤维后，用丙酮除去聚甲基丙烯酸甲酯；

步骤2.3.2制备改进型柔性驱动器(10)：主体框架由铝型材和3D打印的铝型材组成；扭矩发生器由直流电机、减速机和旋转编码器组成；转速和转数由电机控制器控制；制作过程分为扭转工艺、热敏电阻埋入工艺和热处理工艺；

步骤2.3.3扭转工艺：将长度均为50cm的镀银尼龙6,6纤维(13)、镀石墨尼龙纤维(14)、镍镉合金丝(15)同时一端固定在600r/min的直流电机，另一端固定在80g砝码；打开直流电机后，待镀银尼龙6,6纤维(13)、镀石墨尼龙纤维(14)、镍镉合金丝(15)将成捻状时，关掉电源，同时将砝码固定；

步骤2.3.4热敏电阻 埋入工艺：每个改进型柔性驱动器(10)上中下三处分别设有型号为：#111-103EAJ-H01，直径 0.36mm，空气中的时间常数 0.5s的热敏电阻(16)，且是在改进型柔性驱动器成捻加工时嵌入，然后打开电源，继续加捻直至成螺旋状；

步骤2.4矩形壳体(5)的制备方法包括下列步骤：所述矩形壳体(5)中置有四个柔性驱动单元小柱形腔室(12)；所述的矩形壳体(5)是通过浇注的形式制备的，将打印出来的模具部件和对应的不锈钢棒组装到用于铸造软体的模具中；模具组装后，将液态硅树脂倒入模具中，凝固后取出，得到矩形壳体(5)；

步骤2.5 导线组(1)的4根导线、羊眼螺丝组Ⅰ(3)的4个羊眼螺丝、顶盖(2)、弹簧(4)和柔性驱动单元组(A)、矩形壳体(5)、羊眼螺丝组Ⅱ(6)的4个羊眼螺丝和底盖(7)的装配：

弹簧(4)填充于驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)的中心，弹簧(4)上端与顶盖(2)固接，弹簧(4)下端与底盖(7)固接；

导线组Ⅰ(1)的4根导线分别串接柔性驱动单元组(A)中驱动单元Ⅰ(B)、驱动单元Ⅱ(C)、驱动单元Ⅲ(D)和驱动单元Ⅳ(E)的1-4个改进型柔性驱动器(10)和1-4个柔性制冷器(11)的正极；

导线组Ⅰ(1)的4根导线上端经羊眼螺丝组Ⅰ(3)中通孔组Ⅰ(9)的4个通孔引出；

导线组Ⅰ(1)的4根导线下端经羊眼螺丝组Ⅱ(6)中通孔组Ⅱ(8)的4个通孔引出，并与电源、控制面板、温度自感反馈系统连接。