一种TPU气动3D打印机械手的制作方法

本发明涉及机械自动化技术领域，更具体的说是一种tpu气动3d打印机械手。

背景技术：

在机器人技术中，末端执行器是设计用于与环境交互的设备。末端执行器可以包括夹子或工具。可用作工具的末端执行器用于各种目的，例如组件中的点焊，需要均匀涂漆的喷漆，以及工作条件对人类有危险的其他目的。当提到机器人抓手时，机器人抓握技术有三大类，它们是：

冲击类：颚部或爪子直接撞击物体。

侵入性：物理穿透物体表面的针或针。

限制类：施加在物体表面的吸力。

它们基于不同的物理效应，用于保证抓取器与待抓取物体之间的稳定抓取。在冲击式夹持器中，夹持机构由机械手指完成。通常，最基本的机械夹持器可以是至少两个手指，在传统的夹持器中，手指的抓握表面的形状根据待操纵的物体的形状来选择，抓握表面可以由具有高摩擦系数的柔软材料制成，因为抓握时使用的主力是摩擦力。

软致动器通常由柔软材料制成，由于致动器材料的大变形而通过形状或体积变化产生柔性运动。现在，软致动器是各种新兴应用例如生物医学领域、mems和机器人技术，中最有前途的技术之一，由于其各种特性，例如轻便性，柔软性，易加工性，高柔顺性和软致动器的低成本，它不像传统的执行器，如电动机，气动或液压执行器，它们相比软致动器而言是刚性的和重的并且自由度有限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种tpu气动3d打印机械手，可以通过esuntpueflex材料和auroratpu材料打印材料来直接3d打印制造，可以用于制造仿人特性的机械手，软弯曲执行器作为抓手它可以很容易地变形，可以适应抓握物体的形状，可以很好地解决任何复杂物体的抓取问题，软弯曲执行器可根据施加的压力抓住重物，双轴腕部使本发明在空间中可以自由旋转。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种tpu气动3d打印机械手，包括安转板、双轴腕部和软弯曲执行器，所述软弯曲执行器设置有多个，多个软弯曲执行器的一端均连接在安转板的一侧，多个软弯曲执行器均通气膨胀向内侧弯曲，双轴腕部的一端连接在安转板的另一侧，双轴腕部通气膨胀弯曲。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种tpu气动3d打印机械手，所述双轴腕部包括双轴腕部体、驱动孔ⅰ、驱动孔ⅱ、驱动孔ⅲ、驱动孔ⅳ和膨胀腔ⅰ，双轴腕部体的一端设置有驱动孔ⅰ、驱动孔ⅱ、驱动孔ⅲ和驱动孔ⅳ，膨胀腔ⅰ设置有四个，驱动孔ⅰ、驱动孔ⅱ、驱动孔ⅲ和驱动孔ⅳ各与一个膨胀腔ⅰ连通，四个膨胀腔ⅰ均设置在双轴腕部体内。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种tpu气动3d打印机械手，所述双轴腕部体采用esuntpueflex材料3d打印一体成型。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种tpu气动3d打印机械手，所软弯曲执行器包括软弯曲执行器体、驱动孔ⅴ和膨胀腔ⅱ，软弯曲执行器体上设置有驱动孔ⅴ和膨胀腔ⅱ，驱动孔ⅴ和膨胀腔ⅱ连通。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种tpu气动3d打印机械手，所述软弯曲执行器体采用auroratpu材料3d打印一体成型。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种tpu气动3d打印机械手，所述软弯曲执行器体的轮廓上印刷有硬质材料pla。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种tpu气动3d打印机械手，所述安转板包括安转板体、安转孔和连接孔，安转板体的内侧设置有四个连接孔，安转板体的外侧设置有四个安转孔，软弯曲执行器设置有四个，四个软弯曲执行器体分别安装在四个安转孔内，四个连接孔分别与驱动孔ⅰ、驱动孔ⅱ、驱动孔ⅲ和驱动孔ⅳ连通。

本发明一种tpu气动3d打印机械手的有益效果为：

本发明一种tpu气动3d打印机械手，可以通过使用esuntpueflex材料和auroratpu材料打印材料来直接3d打印制造，可以用于制造仿人特性的机械手，软弯曲执行器作为抓手它可以很容易地变形，可以适应抓握物体的形状，可以很好地解决任何复杂物体的抓取问题，软弯曲执行器可根据施加的压力抓住重物，双轴腕部使本发明在空间中可以自由旋转。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的tpu气动3d打印机械手整体结构示意图；

图2是本发明的tpu气动3d打印机械手剖视图结构示意图；

图3是本发明的tpu气动3d打印机械手模拟抓取结构示意图；

图4是本发明的安转板结构示意图；

图5是本发明的双轴腕部结构示意图；

图6是本发明的双轴腕部剖视图结构示意图；

图7是本发明的双轴腕部模拟运动结构示意图；

图8是本发明的软弯曲执行器结构示意图；

图9是本发明的软弯曲执行器剖视图结构示意图；

图10是本发明的软弯曲执行器模拟运动结构示意图一；

图11是本发明的软弯曲执行器模拟运动结构示意图二；

图12是本发明的auroratpu材料软弯曲执行器的曲率半径与施加的压力之间的关系结构示意图；

图13是本发明的esuntpueflex材料双轴腕部的曲率半径与施加的压力之间的关系结构示意图。

图中：安转板1；安转板体1-1；安转孔1-2；连接孔1-3；双轴腕部2；双轴腕部体2-1；驱动孔ⅰ2-2；驱动孔ⅱ2-3；驱动孔ⅲ2-4；驱动孔ⅳ2-5；膨胀腔ⅰ2-6；软弯曲执行器3；软弯曲执行器体3-1；驱动孔ⅴ3-2；膨胀腔ⅱ3-3。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：

下面结合图1-13说明本实施方式，一种tpu气动3d打印机械手，包括安转板1、双轴腕部2和软弯曲执行器3，可以通过使用esuntpueflex材料和auroratpu材料打印材料来直接3d打印制造，可以用于制造仿人特性的机械手，软弯曲执行器3作为抓手它可以很容易地变形，可以适应抓握物体的形状，可以很好地解决任何复杂物体的抓取问题，软弯曲执行器3可根据施加的压力抓住重物，双轴腕部2使本发明在空间中可以自由旋转；测试比较了两种材料最终由于esuntpu长丝可以实现比auroratpu长丝小得多的曲率半径，并且具有更大的柔韧性，因此我们采用esuntpueflex材料作为软弯曲执行器3的制造材料。

所述软弯曲执行器3设置有多个，多个软弯曲执行器3的一端均连接在安转板1的一侧，多个软弯曲执行器3均通气膨胀向内侧弯曲，双轴腕部2的一端连接在安转板1的另一侧，双轴腕部2通气膨胀弯曲。

所述双轴腕部2包括双轴腕部体2-1、驱动孔ⅰ2-2、驱动孔ⅱ2-3、驱动孔ⅲ2-4、驱动孔ⅳ2-5和膨胀腔ⅰ2-6，双轴腕部体2-1的一端设置有驱动孔ⅰ2-2、驱动孔ⅱ2-3、驱动孔ⅲ2-4和驱动孔ⅳ2-5，膨胀腔ⅰ2-6设置有四个，驱动孔ⅰ2-2、驱动孔ⅱ2-3、驱动孔ⅲ2-4和驱动孔ⅳ2-5各与一个膨胀腔ⅰ2-6连通，四个膨胀腔ⅰ2-6均设置在双轴腕部体2-1内。

所述双轴腕部体2-1采用esuntpueflex材料3d打印一体成型；esuntpueflex材料为esun出品的的生物环保tpu产品，是一种透明的柔弹性材料，具有高回弹性和非常高的机械强度，耐磨，耐老化；双轴腕部2上设置有驱动孔ⅰ2-2、驱动孔ⅱ2-3、驱动孔ⅲ2-4和驱动孔ⅳ2-5，它们在一个双轴腕部2中相互组合，总长度为150mm，曲率直径等于50mm，在这种双轴腕部2中，驱动孔ⅰ2-2、驱动孔ⅱ2-3、驱动孔ⅲ2-4和驱动孔ⅳ2-5可以独立致动，双轴腕部2可以在向不同的方向进行弯曲,如果两个相邻的驱动孔ⅰ2-2和驱动孔ⅱ2-3同时被制动，双轴腕部2向另一侧进行弯曲。

所软弯曲执行器3包括软弯曲执行器体3-1、驱动孔ⅴ3-2和膨胀腔ⅱ3-3，软弯曲执行器体3-1上设置有驱动孔ⅴ3-2和膨胀腔ⅱ3-3，驱动孔ⅴ3-2和膨胀腔ⅱ3-3连通；所述软弯曲执行器体3-1采用auroratpu材料3d打印一体成型；auroratpu材料为极光尔沃出品的一种柔性耗材tpu，具有柔软性能好，机械强度高等特点；软弯曲执行器3总长度为100mm，曲率半径等于18mm，3d打印机为aurora商业级3d打印机a-8，aurora商业级3d打印机a-8的参数是在设计考虑因素中进行的，以确保印刷的软弯曲执行器3是气密的，几何形状没有任何泄漏，采用由davidbraam和ultimaker开发的免费开源软件cura软件用于控制3d打印机并调整打印参数,填充密度设定为100％，以打印具有0.1mm的小层高度的软致动器几何形状。打印机的喷嘴尺寸为0.4mm，软弯曲执行器3的壁厚设定为喷嘴尺寸1.2mm的三倍，为了避免印刷带有悬伸的软弯曲执行器3的顶层，软弯曲执行器3外部几何形状设计为圆形，并且软弯曲执行器3的侧壁厚度设定为1.2mm以用作桥。

所述软弯曲执行器体3-1的轮廓上印刷有硬质材料pla；印刷弯曲执行器体3-1轮毂以保持四个弯曲执行器体3-1和内半径等于50毫米的双轴腕部2，因此该弯曲执行器体3-1可以保持最大长度小于100毫米的物体。

所述安转板1包括安转板体1-1、安转孔1-2和连接孔1-3，安转板体1-1的内侧设置有四个连接孔1-3，安转板体1-1的外侧设置有四个安转孔1-2，软弯曲执行器3设置有四个，四个软弯曲执行器体3-1分别安装在四个安转孔1-2内，四个连接孔1-3分别与驱动孔ⅰ2-2、驱动孔ⅱ2-3、驱动孔ⅲ2-4和驱动孔ⅳ2-5连通。

测量双轴腕部2和软弯曲执行器3的曲率半径，图12和图13显示软弯曲执行器3和双轴腕部2的曲率半径与施加的压力之间的关系，由esuntpu制成的双轴腕部2可以达到18.1mm的最小曲率半径，该曲率半径为500kpa。而对于auroratpu制成软弯曲执行器3，致动器在500kpa时可以达到33.6mm的最小曲率半径，曲率半径与施加的压力之间的关系是非线性的。

本发明的一种tpu气动3d打印机械手，其工作原理为：

使用时将要加持的物品放置在四个软弯曲执行器3之间，通过四个软弯曲执行器3上设的驱动孔ⅴ3-2向软弯曲执行器体3-1通气，四个驱动孔ⅴ3-2均与四个膨胀腔ⅱ3-3连通，四个膨胀腔ⅱ3-3通气膨胀如图10所示，将物体进行装夹如图3所示，需要装夹的物体在空间内进行转动或者运动时，向双轴腕部2上设置的驱动孔ⅰ2-2、驱动孔ⅱ2-3、驱动孔ⅲ2-4和驱动孔ⅳ2-5内通气，使得驱动孔ⅰ2-2、驱动孔ⅱ2-3、驱动孔ⅲ2-4和驱动孔ⅳ2-5所对应的膨胀腔ⅰ2-6进行膨胀，使得双轴腕部2另一侧进行弯曲带动带动装夹的物体在空间内进行转动或者运动，通过使用不同类型的tpu3d打印材料来直接3d打印制造，可以用于制造仿人特性的机械手，软弯曲执行器3作为抓手它可以很容易地变形，可以适应抓握物体的形状，可以很好地解决任何复杂物体的抓取问题，软弯曲执行器3可根据施加的压力抓住重物，双轴腕部2使本发明在空间中可以自由旋转。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。