1.一种基于水弹折纸结构的双稳态抓手的制作方法,其特征在于,双稳态抓手包括:驱动单元(1)、刚性连接件(2)、抓取单元(3);所述刚性连接件(2)用于所述抓取单元(3)与驱动单元(1)之间的连接;所述抓取单元(3)包括水弹折纸单元(301)及设置在水弹折纸单元(301)四周的夹爪(302),在所述驱动单元(1)的驱动下,通过刚性连接件(2)带动所述水弹折纸单元(301)展开、收拢,进而带动所述夹爪(302)的抓取与释放;
制作方法,包括以下步骤:
步骤一:抓取单元由编织碳纤维环氧树脂复合材料制成,将编织碳纤维环氧树脂复合材料预浸料通过切割机裁剪为八个等腰三角形和八个钝角三角形,其中八个等腰三角形组成一个水弹折纸单元,八个钝角三角形组成四个抓夹,用热压罐工艺制备水弹折纸单元和夹爪;
步骤二:将PET薄膜上贴附3M胶带纸,将固化的编织碳纤维环氧树脂复合材料抓取单元按照图纸固定在PET薄膜上,每个三角形的边与边之间留出2mm的空隙,将第二张贴附3M胶带纸的PET薄膜覆盖在第一张贴好碳纤维层的PET薄膜上,得到多层结构;
步骤三:通过激光切割机切割出多层结构的抓取单元的平面形状,折痕处进行虚线切割,四芒星状的外轮廓进行连续切割,外轮廓切割尺寸大于编织碳纤维环氧树脂复合材料层,故激光切割层不含编织碳纤维环氧树脂复合材料层,并对切割后的抓取单元进行预折叠;
所述步骤三中,两层贴附3M胶带的PET薄膜经过激光切割后,切割处材料熔化粘在一起;
步骤四:用3D打印技术打印树脂材料的刚性连接件和驱动单元;
步骤五:将驱动单元和抓取单元通过刚性连接件连接,装配出抓手整体;
步骤六:通过聚酯型PU管连接套筒的上端和气驱设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于水弹折纸结构的双稳态抓手的制作方法,其特征在于,所述驱动单元(1)包括套筒(105)、活塞(102)及活塞杆(103),所述套筒(105)的上端连接气驱设备的聚酯型PU管(101),所述活塞(102)滑动配合设置在套筒(105)内,所述活塞(102)顶部与活塞(102)固定连接,所述活塞杆(103)底部与水弹折纸单元(301)的顶点连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于水弹折纸结构的双稳态抓手的制作方法,其特征在于,所述活塞杆(103)底端为圆台,与水弹折纸单元(301)的顶点卡接配合。
4.根据权利要求1所述的一种基于水弹折纸结构的双稳态抓手的制作方法,其特征在于,所述水弹折纸单元(301)包括一个顶点及八条折痕,其中八条折痕包括四条山折痕和四条谷折痕,且八条折痕完全对称,可完全展开为平面。
5.根据权利要求1所述的一种基于水弹折纸结构的双稳态抓手的制作方法,其特征在于,所述抓取单元(3)由平面折叠成为立体结构,其平面由三层材料粘贴而成,其中上、下层材料为PET薄膜,中间层材料为编织碳纤维环氧树脂复合材料板,通过3M胶带纸连接PET薄膜与编织碳纤维环氧树脂复合材料板,故铺层从上到下依次为PET薄膜、3M胶带纸、编织碳纤维环氧树脂复合材料板、3M胶带纸、PET薄膜。
6.根据权利要求2所述的一种基于水弹折纸结构的双稳态抓手的制作方法,其特征在于,所述刚性连接件(2)包括基座(4)、连杆(5)及连接铰链(201),所述连接铰链(201)包括连接座(8)、转向套(6)、环形卡扣(7)及卡扣基体(9),所述转向套(6)通过环形卡扣(7)和卡扣基体(9)活动设置在连接座(8)上,所述连接座(8)固定于驱动单元(1)外侧,所述连接座(8)固定在水弹折纸单元(301)上;所述连杆(5)一端与连接铰链(201)连接,另一端与基座(4)连接,所述基座(4)固定于套筒(105)外侧。
7.根据权利要求6所述的一种基于水弹折纸结构的双稳态抓手的制作方法,其特征在于,所述水弹折纸单元(301)具有双稳态特性,所述双稳态抓手能够实现主动抓取和被动抓取两种抓取模式,在主动抓取模式下,水弹折纸单元的向上凸起,即水弹折纸单元顶点高于折痕,所述套筒(105)的上端连接的真空泵提供负压,带动活塞杆(103)向上运动,所述水弹折纸单元收拢,使得所述抓取单元实现抓取;在被动抓取模式下,水弹折纸单元的向下凸出,即水弹折纸单元顶点低于折痕,被抓物碰触所述水弹折纸单元的中心点时,接触力使水弹折纸单元的顶点向上移动至稳态转变临界值,触发所述水弹折纸单元的双稳态转变,所述水弹折纸单元收拢,实现抓取。
8.根据权利要求2所述的一种基于水弹折纸结构的双稳态抓手的制作方法,其特征在于,所述套筒(105)及活塞杆(103)由树脂材料经3D打印制作,所述活塞(102)为橡胶材料。