(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210446343.5 (22)申请日 2022.04.26 (71)申请人 燕山大学 地址 066044 河北省秦皇岛市河北 大街西 段438号 (72)发明人 温银堂　么海莹　周子翔　张玉燕　 罗小元　梁波　 (74)专利代理 机构 石家庄轻拓知识产权代理事 务所(普通 合伙) 13128 专利代理师 张培元 (51)Int.Cl. B25J 15/08(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 4D打印构件、 柔 性手指结构及控制方法 (57)摘要 本申请适用于4D打印技术领域， 提供了一种 4D打印构件、 柔性手指结构及控制方法， 4D打印 构件包括加热层和致动 层， 加热层上的第一导电 电极与电源电连接， 致动 层的第一侧面和加热层 连接， 致动层上与第一侧面相背对的第二侧面上 设有沟槽和第二导电电极， 沟槽中填充导电物 质， 第二导电电极分别与导电物质和控制 系统电 连接。 加热层用于根据电源提供的电能产生热量 改变致动层的温度， 使致动层发生形变。 致动层 发生形变时， 导电物质的微结构改变导致其阻值 发生变化， 控制系统通过对导电物质的阻值进行 分析， 实现对4D打印构 件弯曲角度的实时检测并 根据4D打印构件的实时弯曲角度调节加热层的 输入电压， 实现对4D打印构 件弯曲角度的精确调 控。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114619477 A 2022.06.14 CN 114619477 A 1.一种4D打印构件， 其特征在于， 包括加热层和致动层， 所述加热层上设有第 一导电电 极， 所述第一导电电极用于与电源电连接， 所述致动层的第一侧面和所述加热层连接， 所述 致动层上与第一侧面相背对的第二侧面上设有沟槽和 第二导电电极， 所述沟槽中填充有导 电物质， 所述第二 导电电极分别与所述 导电物质和控制系统电连接； 所述加热层用于根据所述电源提供的 电能产生热量， 以改变所述致动层的温度； 所述 致动层的温度变化时， 所述致动层发生形变， 进而使 所述导电物质发生形变， 使 所述导电物 质的电阻发生变化。 2.根据权利要求1所述的4D打印构件， 其特征在于， 所述致动层的第 二侧面上的沟槽呈 网格状设置。 3.根据权利要求1所述的4D打印构件， 其特征在于， 所述加热层为聚酰亚胺电热膜， 所 述致动层为液晶弹性体， 所述 导电物质为多壁 碳纳米管。 4.一种柔性手指结构， 其特征在于， 包括第一4D打印构件、 第二4D打印构件、 第一指骨、 第二指骨和第三指骨； 所述第一4D打印构件和所述第二4D打印构件均为权利要求1 ‑3任一 项所述的4D打印构件， 所述第一指骨通过所述第一4D打印构件与所述第二指骨连接， 所述 第二指骨通过 所述第二 4D打印构件与所述第三指骨连接； 所述第一4D打印构件中的第一导电电极和所述第二4D打印构件中的第一导电电极分 别与电源电连接， 所述第一4D打印构件中的第二导电电极和所述第二4D打印构件中的第二 导电电极分别与控制系统电连接 。 5.一种柔 性手指结构的控制方法， 其特 征在于， 包括： 建立柔性手指结构的动力学模型， 所述动力学模型包括标称部和不确定 部； 将积分终端滑模面引入到所述标称部， 确定所述标称部的滑模 控制律； 将滑模趋 近律引入到所述 不确定部， 确定所述 不确定部的滑模 控制律； 根据所述标称部的滑模控制律和所述不确定部的滑模控制律， 确定所述动力学模型的 滑模控制律； 根据所述动力学模型的滑模 控制律， 控制所述 柔性手指结构。 6.根据权利要求5所述的柔性手指结构的控制方法， 其特征在于， 建立柔性手指结构的 动力学模型， 所述动力学模型包括标称部和不确定 部， 包括： 根据欧拉 ‑拉格朗日方程， 建立 柔性手指结构的动力学模型； 所述动力学模型为： 其中， 为柔性关节的弯曲角速度， 为柔性关节的弯曲角加速度， M为对称正定惯量矩 阵， C为向心力矩阵和科里奥利力矩阵， G为重力矩阵， u为作用在柔性关节上的控制输入， d 为外部干扰矩阵； 将所述动力学模型分为标称部和不确定 部； 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114619477 A 2其中， 和 为系统的标称动力学参数， 和 为 系统的不确定性 参数。 7.根据权利要求5所述的柔性手指结构的控制方法， 其特征在于， 所述标称部的滑模控 制律的确定公式为： 其中， uc为所述标称部的滑模控制律， 为柔性关节的弯 曲角速度， 为柔性关节的弯 曲角加速度， M为对称正定惯量矩阵， C为向心力矩阵和科 里奥利力矩阵， G为重力矩阵。 8.根据权利要求5所述的柔性手指结构的控制方法， 其特征在于， 所述不确定部的滑模 控制律的确定公式为： 其中， ur为所述不确定部的滑模控制律， 为柔性关节的弯曲角速度， M为对称 正定惯量 矩阵， δ0、 δ1和 δ2为自适应律常数， s为引入的积分终端滑模面。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114619477 A 3