一种形状记忆合金软爪、深海抓取装置及软爪设计方法

本技术涉及深海抓取，特别是涉及一种形状记忆合金软爪、深海抓取装置及软爪设计方法。

背景技术：

1、传统载人深潜器大多采用的刚性抓取装置由金属连杆、铰链、轴承、液压泵和壳体构成，其材料杨氏模量远远高于以水和胶原蛋白为主要成分的深海生物，在抓取过程中难以安全捕获。此外，舱内潜航员操纵推杆完成机械臂姿态控制和刚性手单自由度开合，也并未集成高精度反馈控制系统，遇到易碎且形状复杂尺寸不一的文物时效率低、安全性差。

2、传统采用气动驱动原理的软体抓持器在面临深海兆帕级高压下难以正常工作，若完全用传统柔性被动软爪替代刚性抓取装置，需要在载人深潜器下潜前安装固定于刚性机械臂上。这样虽然能在深海活体生物无损抓取方面发挥不可替代的作用，但是由于传统的柔性软爪材料过于柔软，难以完成大重量作业需求，在更多的时间限制了载人深潜器的作业能力。

3、另外，传统的柔性软爪在抓取大重量物品时可能会由于力的作用而变形，当抓取完后，其形状可能无法复原。

4、因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种形状记忆合金软爪来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

2、为实现上述目的，本技术提供一种形状记忆合金软爪，所述形状记忆合金软爪包括：

3、内嵌骨架；

4、柔性硅胶外壳，所述柔性硅胶外壳通过一体浇筑成型与内嵌骨架紧密贴合，所述硅胶外壳上设置有连接孔，所述内嵌骨架用于与深海抓取装置连接。

5、可选地，所述内嵌骨架包括第一形状记忆合金丝、第二形状记忆合金丝、第三形状记忆合金丝、不锈钢连接基座、不锈钢连接盖板、顶端不锈钢连接件；其中，

6、不锈钢连接基座与不锈钢连接盖板通过螺钉连接并将第一形状记忆合金丝的一端、第二根形状记忆合金丝的一端、第三根形状记忆合金丝的一端压紧；

7、顶端不锈钢连接件与第一形状记忆合金丝的另一端、第二形状记忆合金丝的另一端、第三形状记忆合金丝的另一端过盈连接；

8、所述不锈钢连接基座上设置有用于与深海抓取装置连接的连接孔。

9、本技术还提供了一种深海抓取装置，所述深海抓取装置包括：

10、扭簧组件；

11、第一旋转部，所述第一旋转部与所述扭簧组件连接；

12、第二旋转部，所述第二旋转部与所述扭簧组件连接；

13、第一形状记忆合金软爪组件，所述第一形状记忆合金软爪组件与所述第一旋转部的一端连接，所述第一形状记忆合金软爪组件包括至少一个如上所述的形状记忆合金软爪；

14、第二形状记忆合金软爪组件，所述第二形状记忆合金软爪组件与所述第二旋转部的一端连接，所述第二形状记忆合金软爪组件包括至少一个如上所述的形状记忆合金软爪；其中，

15、所述第一旋转部与所述第二旋转部能够在外力的作用下相互靠近或远离；

16、所述第一形状记忆合金软爪组件以及所述第二形状记忆合金软爪组件在所述第一旋转部与所述第二旋转部相互靠近过程中相互靠近；

17、所述第一形状记忆合金软爪组件以及所述第二形状记忆合金软爪组件在所述第一旋转部与所述第二旋转部相互远离过程中相互远离；

18、所述扭簧组件用于为所述第一旋转部以及所述第二旋转部提供使所述第一旋转部以及所述第二旋转部相互远离的弹性力；

19、所述第一形状记忆合金软爪组件以及所述第二形状记忆合金软爪组件用于在相互靠近过程中与待抓取物接触并抓取所述待抓取物。

20、可选地，所述第一旋转部包括：

21、第一压板；

22、第一旋转杆，所述第一压板与所述第一旋转杆的一端连接，所述第一旋转杆的中部与所述扭簧组件连接；

23、第一软爪变距夹具，所述第一软爪变距夹具与所述第一旋转杆的另一端连接，所述第一软爪变距夹具用于与所述第一形状记忆合金软爪组件连接；

24、所述第二旋转部包括：

25、第二压板；

26、第二旋转杆，所述第二压板与所述第二旋转杆的一端连接，所述第二旋转杆的中部与所述扭簧组件连接；

27、第二软爪变距夹具，所述第二软爪变距夹具与所述第二旋转杆的另一端连接，所述第一软爪变距夹具用于与所述第二形状记忆合金软爪组件连接。

28、可选地，所述第一旋转杆中部上设置有第一旋转杆通孔；

29、所述第二旋转杆中部上设置有第二旋转杆通孔以及光轴孔；

30、所述扭簧组件包括：

31、扭簧本体，所述扭簧本体的中部具有扭簧通孔；

32、扭簧插销，所述扭簧插销的一端分别穿过所述第一旋转杆通孔、扭簧通孔以及第二旋转杆通孔；

33、扭簧固定件，所述扭簧固定件安装在所述第一旋转杆或所述第二旋转杆上，所述扭簧固定件上设置有用于供所述扭簧插销的穿过所述第一旋转杆通孔、扭簧通孔以及第二旋转杆通孔的一端插入的插销固定孔，扭簧插销的穿过所述第一旋转杆通孔、扭簧通孔以及第二旋转杆通孔的一端插入所述插销固定孔；

34、扭簧固定光轴，所述扭簧固定光轴穿过所述光轴孔，所述扭簧本体的一端与所述光轴孔连接。

35、本技术还提供了一种软爪设计方法，所述软爪设计方法包括：

36、获取期待中性层曲率半径以及期待长度信息；

37、获取定型模具参数信息；

38、根据期待中性层曲率半径获取定型模具上下组件间隙；

39、根据定型模具上下组件间隙、定型模具其他参数信息以及期待长度信息生产定型模具；

40、获取形状记忆合金丝材料；

41、将形状记忆合金丝材料放置在所述定型模具上进行定型，从而获取第一形状记忆合金丝、第二形状记忆合金丝、第三形状记忆合金丝；

42、制作不锈钢连接基座、不锈钢连接盖板、顶端不锈钢连接件；

43、将所述第一形状记忆合金丝、第二形状记忆合金丝、第三形状记忆合金丝、不锈钢连接基座、不锈钢连接盖板、顶端不锈钢连接件组装从而形成内嵌骨架；

44、将内嵌骨架置于浇筑模具内并与硅胶外壳一体成型，从而获取如上所述的形状记忆合金软爪。

45、可选地，所述根据期待中性层曲率半径获取定型模具上下组件间隙通过如下公式获取：

46、

47、r为所需要低温镍钛形状记忆合金丝的中性层曲率半径，r0为轧轮半径，rs为低温镍钛形状记忆合金丝半径，d1为上轧轮中心与定型模具中心距离，d2为下轧轮中心与定型模具中心距离。

48、可选地，所述定型模具包括：

49、模具基座；

50、第一轧轮，所述第一轧轮安装在模具基座上；

51、第二轧轮，所述第二轧轮安装在所述模具基座上；

52、驱动装置，所述驱动装置与所述模具基座连接且能给靠近或远离所述模具基座；

53、第三轧轮，所述第三轧轮安装在驱动装置上；

54、第四轧轮，所述第四轧轮安装在驱动装置上；其中，

55、所述第一轧轮与所述形状记忆合金丝材料的一侧接触；

56、所述第二轧轮与所述形状记忆合金丝材料的与所述第一轧轮接触的一侧接触；

57、所述第三轧轮与所述形状记忆合金丝材料的另一侧接触；

58、所述第四轧轮与所述形状记忆合金丝材料的与所述第三轧轮接触的一侧接触；

59、所述驱动装置用于向所述模具基座方向运动，从而带动第三轧轮靠近向模具基座方向运动，从而使形状记忆合金丝材料收到所述第一轧轮、第二轧轮、第三轧轮以及第四轧轮的挤压变形。。

60、本技术的形状记忆合金软爪同时具备了硅胶软材料的柔性和形状记忆合金的刚度。这种刚柔耦合的软爪在变形后，不需要外部激励就能恢复原始形状不会产生塑性变形，在避免采集深海生物、珍贵文物遭到破坏的同时，实现载人深潜器大重量作业需求，拓宽软体夹爪在深海的应用场景。