[发明专利]具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块

权利要求书

1.一种具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：包括软折纸致动器(1)、被动刚度调节带(2)、纤维限制线(3)、应变感知单元(4)、应变限制层(5)、信号线(6)和气管(7)；

所述的软折纸致动器(1)内设有一个气室(8)，所述的气管(7)设置在软折纸致动器(1)的一端，且与气室(8)连通，在软折纸致动器(1)的周向缠绕若干约束软纸致动器充气后沿径向膨胀的纤维限制线(3)，所述的被动刚度调节带(2)设置在软折纸致动器(1)顶部，在软折纸致动器(1)的底部内嵌三个离散分布的应变感知单元(4)和一个应变限制层(5)，所述的应变限制层(5)布置在三个应变感知单元(4)的下方，每个应变感知单元(4)的两端各连接一个信号线(6)，六条信号线(6)的自由端均伸出软折纸致动器(1)布置，所述的软折纸致动器(1)的材质与应变感知单元(4)的材质相同，通过浇注方式实现软折纸致动器(1)与应变感知单元(4)的无缝连接；

所述的软折纸致动器(1)采用吉村纹式结构，软折纸致动器(1)包括多个结构完全相同的折纸单元，相邻两折纸单元之间的被动刚度调节带(2)留有一定余量；

三个应变感知单元(4)将所述的软折纸致动器(1)沿轴向分为三段，相应的所述被动刚度调节带(2)也分为三段，每段的软折纸致动器(1)弯曲变形由底部相应的应变感知单元(4)获得，且每段被动刚度调节带(2)的段内的余量相同；

当三段被动刚度调节带(2)的余量均相同时，通过气管(7)充气后，软折纸弯曲模块整体具有相同的曲率，软折纸弯曲模块表现出整体双重柔顺变形-刚度被动顺序调节；

当三段被动刚度调节带(2)的余量不同时，通过气管(7)充气后，每段软折纸致动器(1)单独经历双重柔顺变形-刚度被动顺序调节的过程，软折纸弯曲模块表现出分段不同曲率的弯曲。

2.根据权利要求1所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：所述折纸单元的轴向宽度为4-20mm，在每个折纸单元顶部设有固定被动刚度调节带(2)的平面凸起(9)，且平面凸起(9)的轴向宽度为2-3mm，相邻两个折纸单元之间形成一个V型凹槽(10)。

3.根据权利要求1所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：所述软折纸致动器(1)的材料为硅胶，所述应变感知单元(4)为压阻型柔性应变传感器，所述应变感知单元(4)包括硅胶基底和碳基导电填料。

4.根据权利要求2所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：所述被动刚度调节带采用波浪式折叠方式折叠，且对应折纸单元的平面凸起(9)处折有安装平面，对应软折纸致动器(1)的V型凹槽(10)处折有余量。

5.根据权利要求2所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：在所述软折纸致动器(1)的所有平面凸台和V型凹槽(10)处分别套设一个环形纤维限制线(3)。

6.根据权利要求1所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：所述信号线(6)以蛇型方式水平内嵌在软折纸致动器(1)的底部内部。

7.根据权利要求3所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：所述应变感知单元(4)所使用导电硅胶的弹性模量低于软折纸致动器(1)所使用硅胶的弹性模量。

8.根据权利要求1所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：所述被动刚度调节带(2)采用柔软的涤纶丝带，厚度为0.25mm；所述应变限制层(5)采用涤纶布。

9.根据权利要求3所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：所述应变感知单元(4)的导电填料采用长度约为0.05mm的多壁碳纳米管和长度为0.15mm的碳纤维丝。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的具有顺序刚度调节功能的仿生结构-感知一体化软折纸弯曲模块，其特征在于：所述软折纸致动器(1)底部均匀布置若干半圆柱条纹(11)。