一种仿捕蝇草叶片结构的双稳态柔性抓捕机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种仿捕蝇草叶片结构的双稳态柔性抓捕机器人。

背景技术

现阶段反卫星抓捕机构已经取得了一定的发展，但发展仍然缓慢，主要存在几方面问题：无法对复杂结构卫星实现抓捕；抓捕响应速度慢；抓捕柔性小，存在较大冲击。

捕蝇草，英文名称为venusflytrap，是原产于北美洲的一种多年生草本植物，是一种非常有趣的食虫植物，它的茎很短，在叶的顶端长有一个酷似“贝壳”的捕虫夹，且能分泌蜜汁，当有小虫闯入时，能以极快的速度将其夹住，并消化吸收。捕蝇草(catchfly)被誉为自然界的肉食植物，作为自然界最原始的捕蝇能手，捕蝇草的捕蝇过程既无毒害，也十分卫生，而且捕蝇过程十分精准，所以成了广大科研工作者模仿的对象。

韩国首尔国立大学开发了一种仿生捕蝇草机器人，该装置有两个用碳纤维制成的叶片，叶片之间用有形状记忆功能的金属弹簧连接。弹簧的作用与普通捕鼠夹上的弹簧类似，待捕捉物的重量会使弹簧收紧，从而使两个叶片合拢在一起，进而将待捕捉物包裹在里面。该仿生捕蝇草机器人捕捉效果较差，抓捕响应速度慢。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种仿捕蝇草叶片结构的双稳态柔性抓捕机器人，以解决现有的反卫星抓捕机器难以抓捕复杂结构卫星、响应速度慢和柔性小等问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种仿捕蝇草叶片结构的双稳态柔性抓捕机器人，包括基座、微控制器、液源、抓捕机构、接近传感器和电源，所述基座的内部布置有微控制器、液源和电源；所述电源为微控制器和液源供电；所述微控制器控制液源向两组抓捕机构中同时送入或抽出液体；所述抓捕机构设有两组，两组抓捕机构对称固定连接在基座的左右两端；所述液源与两组抓捕机构均连通；所述接近传感器安装在两组抓捕机构上，接近传感器与微控制器电连接。

所述抓捕机构为3d打印机一体成型制成。

所述抓捕机构采用聚二甲基硅氧烷制成。

所述抓捕机构包括叶片、液泡、刺毛和液体通道；所述叶片的平面端固定连接在基座上；所述叶片的弧面端均匀环绕设置多个刺毛；所述叶片的内侧面上安装有接近传感器；所述叶片的外侧面上均匀设置多个液泡；所述液泡的内部设有液体通道，多个液泡之间通过液体通道相互连通。

所述液源包括装有液压油的圆柱形液压油容器和微型活塞泵；所述圆柱形液压油容器和微型活塞泵皆固定连接在基座的内部；所述微型活塞泵与电源和微控制器电连接；所述微型活塞泵的一端与圆柱形液压油容器连接并连通，微型活塞泵的另一端与液体通道连接并连通。

所述接近传感器包括发射端和接收端，发射端固定连接在一组抓捕机构的叶片内侧中部，接收端固定连接在另一组抓捕机构的叶片内侧中部；所述发射端发射红外信号，接收端接收红外信号，接收端向微控制器传输电信号强度。

所述接近传感器采用欧姆龙e3z-t61对射型光电开关。

所述微控制器采用arduniounor3控制器。

本发明的有益效果：

本发明的一种仿捕蝇草叶片结构的双稳态柔性抓捕机器人，基于仿生学原理设计，利用3d打印技术制造抓捕机构，结构设计合理，抓捕效率较高；本发明结构简单并且有较大的柔性，可减少冲击增加抓捕的可靠性，易于抓捕多种对象。

本发明的优点在于：

1.本发明内部的抓捕机构采用聚二甲基硅氧烷pdms材料通过3d打印机一体制造而成，节约材料，降低成本，精度较高；

2.本发明基于仿生学原理，模仿捕蝇草的结构进行设计，其结构设计合理，仿生效果好，捕捉效率高；

3.本发明无需利用电机等装置进行驱动控制，本发明通过控制液压油充入液泡与否，使液泡发生鼓胀和收缩两种状态的变化，液泡收缩时由于液泡表面的收缩性较小使得液泡和叶片接触面面积增大，叶片内外表层变化程度的不一致使得叶片像捕蝇草一样闭合和张开，实现抓捕功能。

4.本装置结构简单并且有较大的柔性，可减少冲击增加抓捕的可靠性，易于抓捕多种对象。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构剖视图结构示意图；

图3是本发明内部抓捕机构常规状态下的局部剖视结构示意图；

图4是本发明内部抓捕机构变形后的局部剖视结构示意图；

图5是本发明内部基座内部结构示意图；

图6是本发明的整体工作电路原理图。

图中：基座1；抓捕机构2；叶片2-1；液泡2-2；刺毛2-3；液体通道2-4；接近传感器3；微控制器4；液源5；圆柱形液压油容器5-1；微型活塞泵5-2；电源6。

具体实施方式

下面结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：

如图1-6所示，一种仿捕蝇草叶片结构的双稳态柔性抓捕机器人，包括基座1、抓捕机构2、接近传感器3、微控制器4、液源5和电源6，所述基座1的内部布置有微控制器4、液源5和电源6；所述电源6为微控制器4和液源5供电；所述微控制器4控制液源5向两组抓捕机构2中同时送入或抽出液体；所述抓捕机构2设有两组，两组抓捕机构2对称固定连接在基座1的左右两端；所述液源5与两组抓捕机构2均连通；所述接近传感器3安装在两组抓捕机构2上，接近传感器3与微控制器4电连接。本发明的一种仿捕蝇草叶片结构的双稳态柔性抓捕机器人在工作时，常规状态下，微控制器4控制微型活塞泵5-2将液源5内部的液压油充入抓捕机构2的内部，两个抓捕机构2呈张开状态，当接近传感器3感知到信号并传递到基座1内的微控制器4时，微控制器4控制微型活塞泵5-2将抓捕机构2内部的液压油抽入至液源5中，抓捕机构2表面从凸起向凹陷转变，从而使两个抓捕机构2像捕蝇草一样向内弯曲，实现抓捕功能，微控制器4控制微型活塞泵5-2将液源5内部的液压油重新充入抓捕机构2的内部，即可实现释放动作。

具体实施方式二：

如图1-6所示，所述抓捕机构2为3d打印机一体成型制成。通过3d打印机一体制造而成，节约材料，降低成本，精度较高。

具体实施方式三：

如图1-6所示，所述抓捕机构2采用聚二甲基硅氧烷制成。抓捕机构2采用聚二甲基硅氧烷制成，使其有较大的柔性，可减少冲击，增加抓捕的可靠性，易于抓捕多种对象。

具体实施方式四：

如图1-6所示，所述抓捕机构2包括叶片2-1、液泡2-2、刺毛2-3和液体通道2-4；所述叶片2-1的平面端固定连接在基座1上；所述叶片2-1的弧面端均匀环绕设置多个刺毛2-3；刺毛2-3仿照捕蝇草的叶片的齿状刺毛，可以在叶片2-1完全闭合前合拢，增强抓捕效果；所述叶片2-1的内侧面上安装有接近传感器3；接近传感器3用于感知信号，当接近传感器3感知到信号时可以传递信号至微控制器4，所述叶片2-1的外侧面上均匀设置多个液泡2-2；所述液泡2-2的内部设有液体通道2-4，多个液泡2-2之间通过液体通道2-4相互连通。微控制器4收到接近传感器3的信号后，微控制器4控制液泡2-2内部的液压油通过液体通道2-4流入基座1内部的液源5中，液泡2-2表面从凸起向凹陷转变，液泡2-2和叶片2-1表面接触的部分被凹陷的液泡2-2向四周撑开，叶片2-1表面的所有液泡2-2同步变化并相互挤压作用，使得叶片2-1外表层体积比内表层大，从而使得叶片2-1像捕蝇草一样向内弯曲，实现抓捕功能，液压油重新填充入液泡2-2，即可实现释放动作。

具体实施方式五：

如图1-6所示，所述液源5包括装有液压油的圆柱形液压油容器5-1和微型活塞泵5-2；所述圆柱形液压油容器5-1和微型活塞泵5-2皆固定连接在基座1的内部；所述微型活塞泵5-2与电源6和微控制器4电连接；所述微型活塞泵5-2的一端与圆柱形液压油容器5-1连接并连通，微型活塞泵5-2的另一端与液体通道2-4连接并连通。所述微型活塞泵5-2采用市场上购置的常用活塞泵，微控制器4控制微型活塞泵5-2工作来控制液压油的流入流出，微型活塞泵5-2可控制圆柱形液压油容器5-1内部的液压油充入至液泡2-2或抽入至圆柱形液压油容器5-1的内部，使液泡2-2表面产生凸起和凹陷变化，从而控制叶片2-1像捕蝇草一样向内弯曲，实现抓捕功能。

具体实施方式六：

如图1-6所示，所述接近传感器3包括发射端和接收端，发射端固定连接在一组抓捕机构2的叶片2-1内侧中部，接收端固定连接在另一组抓捕机构2的叶片2-1内侧中部；所述发射端发射红外信号，接收端接收红外信号，接收端向微控制器4传输电信号强度。接近传感器3的发射端和接近传感器3的接收端相对安装，所述接近传感器3在工作时，发射端一直发射红外信号，接收端接收红外信号，当有物体遮挡到红外信号的传输时，接收端接收的红外信号强度发生变化，接收端传输给微控制器4的电信号强度改变，判断为有物体接近，做出抓捕动作。

所述接近传感器3采用欧姆龙e3z-t61对射型光电开关。

所述微控制器4采用arduniounor3控制器。

图6中，arduinounor3是单片机开发板，vcc是电源正极，gnd为地(负极)，1，2，3为开发板引脚，欧姆龙传感器为三线传感器，vcc图中表示和开发板的vcc是连接在一起的，两个pin13连在一起，两个gnd连接在一起；接插件是一种接口(母头)，类似插座，微型活塞泵的引脚有个和接插件相配套的公头，直接插上即可连接微型活塞泵。

本发明的工作原理为：

本发明的一种仿捕蝇草叶片结构的双稳态柔性抓捕机器人，接近传感器3内部的发射端一直发射红外信号，接收端接收红外信号，当有物体遮挡到红外信号的传输时，接收端接收的红外信号强度发生变化，接收端传输给微控制器4的电信号强度改变，判断为有物体接近，做出抓捕动作；此时，微控制器4控制微型活塞泵5-2将液泡2-2内部的液压油通过液体通道2-4抽入至基座1内部的圆柱形液压油容器5-1中，液泡2-2表面从凸起向凹陷转变，液泡2-2和叶片2-1表面接触的部分被凹陷的液泡2-2向四周撑开，叶片2-1表面的所有液泡2-2同步变化并相互挤压作用，使得叶片2-1外表层体积比内表层大，从而使得叶片2-1像捕蝇草一样向内弯曲，实现抓捕功能，液压油重新填充入液泡2-2，即可实现释放动作。

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。