[发明专利]一种多材料柔性仿生义指系统及其设计方法

权利要求书

1.一种多材料柔性仿生义指系统，其特征在于，包括柔性气动义指、空气差压传感器、光纤拉力传感器、气泵、控制器辅助单元和微控制器；

所述柔性气动义指是基于柔性气动波纹管设计的，用于辅助上肢残疾人进行物体活动；

所述空气差压传感器用于采集柔性气动义指在活动时所需压力和测量压力，并对其进行差值计算，得到压力差值结果；

所述光纤拉力传感器用于采集柔性气动义在活动时产生的拉力；

所述气泵用于提供使义指弯曲的所需气压；

所述控制器辅助单元用于根据压力差值结果输出PWM调节电磁阀打开和关闭，以实现对柔性气动义指的实时精准控制操作；

所述微控制器用于根据柔性气动义指在活动时产生的拉力进行有力和精确的抓握控制。

2.一种多材料柔性仿生义指系统的设计方法，其特征在于，该设计方法具体如下：

步骤一：柔性气动义指设计，采用橡胶波纹管进行柔性气动义指设计，该柔性气动义指由不同刚度材料的气动波纹管、刚性段和半刚性段三部分组成；

步骤二：微应变柔性高灵敏度光纤传感器设计，通过光纤布拉格光栅(FBG)传感器与PDMS集成，形成微应变柔性高灵敏度光纤传感器；

步骤三：柔性仿生义指系统的搭建，使用简化数学模型分析多材料气动致动器和机器人手指的运动，并预测设计和制造参数，以此进行柔性仿生义指系统搭建；

步骤四：系统优化，通过红外光学3D动作捕捉系统实现对柔性仿生义指系统的优化设计。

3.根据权利要求2所述的一种多材料柔性仿生义指系统的设计方法，其特征在于，步骤一所述柔性气动义指设计具体步骤如下：

S1：首先，对所采用的气动波纹管进行加固成型；

S2：然后，固定气动波纹管，并用流体聚二甲硅氧烷覆盖；

S3：之后，将气管连接到波纹管的开口侧，组装成单一的多材料气动执行器，即形成柔性气动义指；

S4：使用飞秒激光烧蚀在义指表面制备仿生超疏水性PDMS表面，以保持义指的干燥与清洁；

所述流体聚二甲硅氧烷是由预聚体和交联剂配比而成。

4.根据权利要求2所述的一种多材料柔性仿生义指系统的设计方法，其特征在于，所述微应变柔性高灵敏度光纤传感器是以PDMS作为柔性光纤传感器的基底，FBG为传感单元，并通过设计FBG传感器在PDMS里的镶嵌姿势，获得微应变柔性高灵敏度光纤传感器，PDMS首先通过液态聚合物和固化剂质量比10:1的混合比例制备出来，然后将FBG固定在模具的中心，在常规烤箱中60℃加热12小时后，取出模具，FBG将嵌入PDMS衬垫中。