CN108673460B - 层叠式柔性机械爪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械爪技术领域，具体公开了一种层叠式柔性机械爪，包括两个层叠部分和两个捏手部分，两个捏手部分转动连接在一起并能够绕一条轴线相互转动，两个层叠部分分别连接在两个捏手部分的端部用于进行抓取操作，层叠部分包括中间层、设在中间层内侧的第一可变刚度层以及设在中间层外侧的第二可变刚度层，第一可变刚度层和第二可变刚度层上均设有形状记忆聚合物，形状记忆聚合物能够通过形状的变化调节第一可变刚度层和第二可变刚度层的刚度，形状记忆聚合物上设有加热装置，加热装置能够通过温度的变化改变形状记忆聚合物的形状，第二可变刚度层上设有压力传感器。本发明本解决了现有技术中机械爪在抓取零件时零件表面易损害的问题。

Description

层叠式柔性机械爪
技术领域
本发明涉及机械爪技术领域，尤其涉及一种层叠式柔性机械爪。
背景技术
目前，机械爪作为工业领域中实现各种功能的一种途径，通常由钢、合金材料等制成，机械爪大多有多个控制源，每个关节需单独控制，需要的控制器及传感器多，工作时噪声大，磨损严重，造价昂贵，设计复杂易损坏，而且，在抓取乳胶制品等柔性零件时容易形成表面损坏，影响零件的气密性。现有技术中，在安全套、橡胶手套等乳胶制品的制作过程中，气密性的检验操作还是靠手工完成，效率低，不符合自动化进程的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种层叠式柔性机械爪，以克服现有技术中的机械爪在抓取零件时零件表面易损坏的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种层叠式柔性机械爪，包括两个层叠部分和两个捏手部分，两个捏手部分转动连接在一起并能够绕一条轴线相互转动，两个层叠部分分别连接在两个捏手部分的端部用于进行抓取操作；所述层叠部分包括中间层、设在所述中间层内侧的第一可变刚度层以及设在所述中间层外侧的第二可变刚度层，所述第一可变刚度层和第二可变刚度层上均设有形状记忆聚合物，所述形状记忆聚合物能够通过形状的变化调节所述第一可变刚度层和第二可变刚度层的刚度，所述形状记忆聚合物上设有加热装置，所述加热装置能够通过温度的变化改变所述形状记忆聚合物的形状，所述第二可变刚度层上设有压力传感器。
优选地，两个捏手部分通过铁芯转动连接在一起并能够绕所述铁芯相互转动。
优选地，所述铁芯与所述捏手部分之间设有扭簧，所述扭簧以所述铁芯为轴。
优选地，所述加热装置通过位于所述层叠部分内部的第二导线以及位于所述层叠部分外部的第一导线与外界电源连接。
优选地，所述加热装置包括电热丝和设在所述电热丝上的温度传感器。
优选地，所述压力传感器设在所述第二可变刚度层的端部。
优选地，所述中间层为多层结构。
优选地，所述中间层的各层均设有开口。
优选地，所述第一可调刚度层、第二可调刚度层以及中间层的各层之间均通过亚克力黏胶粘接在一起。
优选地，所述第一可调刚度层和第二可调刚度层上均设有一个或多个形状记忆聚合物。
本发明的层叠式柔性机械爪改变了机械爪的材料及结构组成，减少了现有技术中机械爪在抓取零件时零件表面易损害的问题，且层叠式柔性机械爪的灵活性更高、环境适应性更好，能够根据零件需要随时调整机械爪的工作范围，这种层叠式机械爪只需一个驱动源，层叠部分只需形状记忆聚合物控制，不需要每个关节都进行控制，减少了传感器与控制源的使用，结构简单，驱动元件少，抓取范围广泛、控制简单，可用于安全套等乳胶制品生产过程中电检部分的上料操作，代替人工上料，提高了生产效率，解放了劳动力。另外，层叠式柔性机械爪是通过层叠技术制造出来的，工作时噪音小，且各功能层是通过2D制造工艺制造出来的，准确度高，不易磨损。
附图说明
图1为本发明实施例的层叠式柔性机械爪处于张开状态的结构示意图；
图2为本发明实施例的层叠式柔性机械爪处于闭合状态的结构示意图；
图3为本发明实施例的层叠式柔性机械爪的层叠部分的分解图；
图4为本发明实施例的层叠式柔性机械爪的工作状态示意图。
图中，1：层叠部分；2：第一导线；3：捏手部分；4：扭簧；5：铁芯；6：温度传感器；7：压力传感器8：形状记忆聚合物；9：电热丝；10：第一可变刚度层；11：覆盖层；12：第一通道层；13：折页层；14：第二通道层；15：第二可变刚度层；16：第二导线；17：电检模具；18：安全套；19：层叠式柔性机械爪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1、2所示，本实施例的层叠式柔性机械爪包括：两个层叠部分1和两个捏手部分3，两个捏手部分3转动连接在一起并能够绕一条轴线相互转动，两个层叠部分1分别连接在两个捏手部分3的端部用于进行抓取操作，层叠部分1包括：中间层、设在中间层内侧的第一可变刚度层10以及设在中间层外侧的第二可变刚度层15，第一可变刚度层10和第二可变刚度层15上均设有形状记忆聚合物8，形状记忆聚合物8能够通过形状的变化调节第一可变刚度层10和第二可变刚度层15的刚度，形状记忆聚合物8上设有加热装置，加热装置能够通过温度的变化改变形状记忆聚合物8的形状，第二可变刚度层15上设有压力传感器7。
两个捏手部分3通过铁芯5转动连接在一起并能够绕铁芯5相互转动，铁芯5与捏手部分3之间设有扭簧4，扭簧4以铁芯5为轴，扭簧4保证了机械爪在闭合状态下具有一定的加持力，层叠部分1即为机械爪的夹持部，捏手部分3为层叠部分1的驱动源。
加热装置通过位于层叠部分1外部的第一导线2以及位于层叠部分内部的第二导线16与外界电源连接。加热装置包括：电热丝9和设在电热丝9上的温度传感器6，温度传感器6具体可以设在电热丝9的表面，用于测量加热温度，电热丝9具体可以设在形状记忆聚合物8的表面，用于通过温度的变化改变形状聚合物的形状，具体的，当电热丝9加热温度高于形状记忆聚合物8玻璃化温度时，形状记忆聚合物8由原来的向内弯曲状态恢复为设定的向外侧伸直状态，此过程中达到改变可变刚度层刚度的效果，此变形过程中的产生的垂直向外的扩张作用力首先使可变刚度层有向外侧扩张，由于各层之间亚克力黏胶的作用，其他四层也相继向外侧扩张，使得整体柔性机械爪张开范围更广。
第一可调刚度层10和第二可调刚度层15上均设有一个或多个形状记忆聚合物8。压力传感器7设在第二可变刚度层15的端部。
如图3所示，中间层为多层结构，具体可以包括：覆盖层11，第一通道层12、折页层13和第二通道层14，这种多层结构能更好地传递折弯力，同时提供一定的刚度，中间层的各层均设有开口，开口的作用为更好的传递向外的扩张力，同时，减小中间层的整体重量。第一可调刚度层10、第二可调刚度层15以及中间层的各层之间均通过亚克力黏胶粘接在一起。
如图4所示，当安全套18进行气密性电检时，本实施例的层叠式柔性机械爪的工作过程为：层叠式柔性机械爪19首先处于闭合状态，当安全套18落在层叠式柔性机械爪19上，压力传感器7检测到压力时，外界驱动装置在捏手部分3处施加压力，使得层叠部分1张开，同时，外部电源给第一导线2通电，使得层叠部分1内部的第二导线16得电，此时，电热丝9开始加热，通过温度传感器6检测其加热温度，达到控制形状记忆聚合物8的形状变化量的目的，将安全套18撑开套在电检模具上，当安全套18完全套在电检模具17上时，减去在捏手部分3处施加的压力，由于扭簧4的作用层叠部分1合拢在一起，且由于形状记忆聚合物8形状变化所引起的向内侧的扭转力，二者共同作用将零件抓起。
本发明的层叠式柔性机械爪改变了机械爪的材料及结构组成，减少了现有技术中机械爪在抓取零件时零件表面易损害的问题，且层叠式柔性机械爪的灵活性更高、环境适应性更好，能够根据零件需要随时调整机械爪的工作范围，这种层叠式机械爪只需一个驱动源，层叠部分只需形状记忆聚合物控制，不需要每个关节都进行控制，减少了传感器与控制源的使用，结构简单，驱动元件少，抓取范围广泛、控制简单，可用于安全套等乳胶制品生产过程中电检部分的上料操作，代替人工上料，提高了生产效率，解放了劳动力。另外，层叠式柔性机械爪是通过层叠技术制造出来的，工作时噪音小，且各功能层是通过2D制造工艺制造出来的，准确度高，不易磨损。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种层叠式柔性机械爪，其特征在于，包括两个层叠部分和两个捏手部分，两个捏手部分转动连接在一起并能够绕一条轴线相互转动，两个层叠部分分别连接在两个捏手部分的端部用于进行抓取操作；所述层叠部分包括中间层、设在所述中间层内侧的第一可变刚度层以及设在所述中间层外侧的第二可变刚度层，所述第一可变刚度层和第二可变刚度层上均设有形状记忆聚合物，所述形状记忆聚合物能够通过形状的变化调节所述第一可变刚度层和第二可变刚度层的刚度，所述形状记忆聚合物上设有加热装置，所述加热装置能够通过温度的变化改变所述形状记忆聚合物的形状，所述第二可变刚度层上设有压力传感器。
2.根据权利要求1所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，两个捏手部分通过铁芯转动连接在一起并能够绕所述铁芯相互转动。
3.根据权利要求2所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，所述铁芯与所述捏手部分之间设有扭簧，所述扭簧以所述铁芯为轴。
4.根据权利要求1所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，所述加热装置通过位于所述层叠部分内部的第二导线以及位于所述层叠部分外部的第一导线与外界电源连接。
5.根据权利要求1所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，所述加热装置包括电热丝和设在所述电热丝上的温度传感器。
6.根据权利要求1所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，所述压力传感器设在所述第二可变刚度层的端部。
7.根据权利要求1所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，所述中间层为多层结构。
8.根据权利要求7所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，所述中间层的各层均设有开口。
9.根据权利要求7所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，所述第一可调刚度层、第二可调刚度层以及中间层的各层之间均通过亚克力黏胶粘接在一起。
10.根据权利要求1-9中任何一项所述的层叠式柔性机械爪，其特征在于，所述第一可调刚度层和第二可调刚度层上均设有一个或多个形状记忆聚合物。
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