CN109291042B - 三维多孔石墨烯型机器人灵巧手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维多孔石墨烯型机器人灵巧手，包括：三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手；三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手的三维多孔石墨烯型多指关节手指，主要包括：由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器构成的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器；三维多孔石墨烯型单元驱动器包括：两个三维多孔石墨烯型电极层、离子液体凝胶电活性层；智能控制器与不同类型传感器、电路控制板、可伸缩导线、微型电源、多个三维多孔石墨烯型手指、三维多孔石墨烯型手腕关节、手掌相连接，并构成一体化的三维多孔石墨烯型机器人灵巧手，适于抓取多边形态物体、尺度形状不规则物体或非典型形态物体。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及机器人灵巧手及驱动技术，更具体地涉及一种三维多孔石墨烯型机器人灵巧手。
背景技术
在空间探索、危险环境作业、医学工程、工业生产以及服务等领域，机器人将发挥着越来越重要的作用。机器人技术不断发展，其核心技术之一包含灵巧手技术。而现阶段世界上所已知的机械手以及抓取技术装置存在一些缺陷，如：一般机械手不能完成灵巧操作任务，而能完成灵巧操作的机械手自由度太多，机构和控制策略过于复杂，可靠性相对较低。即使在家庭环境中，使机器人手臂抓取尺度形状不规则的日常用品也十分困难。
当前如何进一步提高机器人灵巧手的能力并降低复杂度，如何进一步提高机器人灵巧手的小尺寸功率密度比、柔性、灵活性等，如何进一步提高机器人灵巧手通用性能，如何使机器人灵巧手能够稳定抓取非典型物体，如何进一步提高机器人灵巧手的位置和力/力矩的闭环控制等，这些技术有待人们解决。
发明内容
针对当前在机器人灵巧手技术领域存在的系列技术问题，本发明提供一种三维多孔石墨烯型机器人灵巧手，以达到优化提升机器人灵巧手的各项性能指标，进一步拓展机器人灵巧手的应用领域。
本发明的一种三维多孔石墨烯型机器人灵巧手的实现具体技术方案包括：三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手；所述三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手，包括：多个三维多孔石墨烯型多指关节手指、三维多孔石墨烯型手腕关节、手掌、智能控制器、不同类型的传感器、电路控制板、可伸缩导线、微型电源；所述三维多孔石墨烯型多指关节手指，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节、远端指节、近端指节、指节连接器；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节主要由三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器装配在指关节构成；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器构成；所述三维多孔石墨烯型单元驱动器主要结构由三层构成，包括：两个三维多孔石墨烯型电极层、离子液体凝胶电活性层；所述两个三维多孔石墨烯型电极层为外面两层，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层，并构成一体化结构；所述离子液体凝胶电活性层，采用离子液体负载化，即通过物理或化学方法将离子液体固定到具有相连通的多孔结构的固态载体上；所述不同类型传感器分别装配在远端指节、近端指节或手掌内；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节的两端，通过指节连接器分别与远端指节一端、近端指节一端相连接；所述近端指节另一端通过另一个指节连接器与另一个三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节的一端相连接，并构成一个三维多孔石墨烯型多指关节手指；所述三维多孔石墨烯型多指关节手指末端，通过指节连接器与手掌上端相连接；所述三维多孔石墨烯型手腕关节，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列、手腕关节连接器；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列包括：有序排列的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器，即在多个相同方向或多个不同方向按照一定规律排列方式形成阵列；所述三维多孔石墨烯型手腕关节中的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列，通过手腕关节连接器与手掌下端相连接，并在智能控制器指令下具有向多个方向弯曲的驱动功能；所述智能控制器、部分传感器、电路控制板、可伸缩导线、微型电源均装配在手掌内；所述智能控制器与不同类型传感器、电路控制板、可伸缩导线、微型电源、多个三维多孔石墨烯型多指关节手指、指节连接器、三维多孔石墨烯型手腕关节、手腕关节连接器、手掌相连接，并构成一体化的三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手。
上述方案中，所述三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手，包括：多个三维多孔石墨烯型机器人软体手指、指节连接器、不同类型传感器、手掌、智能控制器、电路控制板、连接导线、外接电极、微型电源；所述三维多孔石墨烯型机器人软体手指，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器软体手指；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器软体手指主要包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器叠置构成；所述三维多孔石墨烯型单元驱动器主要结构由三层构成，包括：两个三维多孔石墨烯型电极层、离子液体凝胶电活性层；所述两个三维多孔石墨烯型电极层为外面两层，位于离子液体凝胶电活性层的外表面，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层，并构成一体化结构；所述离子液体凝胶电活性层，采用离子液体负载化，即通过物理或化学方法将离子液体固定到具有相连通的多孔结构的固态载体上；所述不同类型传感器分别装配在三维多孔石墨烯型机器人软体手指或手掌内；所述多个三维多孔石墨烯型机器人软体手指分别通过指节连接器与手腕相连接；所述外接电极装配在指节连接器外面，并与三维多孔石墨烯型机器人软体手指中的三维多孔石墨烯型电极相连接；所述智能控制器、电路控制板、连接导线、微型电源均装配在手掌内；所述智能控制器与不同类型传感器、电路控制板、连接导线、微型电源、三维多孔石墨烯型机器人软体手指、手掌相连接，并构成一体化的三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手。
所述三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手的三维多孔石墨烯型机器人软体手指具有软体结构特征，在智能控制器指令下适于抓取多边形态物体、尺度形状不规则物体或非典型形态物体。
上述方案中，所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器，包括：由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器有序叠置构成；所述多个三维多孔石墨烯型单元驱动器之间均有绝缘弹性层；所述三维多孔石墨烯型单元驱动器中的三维多孔石墨烯型电极层通过可伸缩导线与电路控制板相连接；所述电路控制板通过智能控制器与微型电源相连接；微型电源在智能控制器指令下向三维多孔石墨烯型机器人灵巧手中的三维多孔石墨烯型单元驱动器提供电能，其提供的电压或电流大小或方向由智能控制器来进行调控。
上述方案中，所述三维多孔石墨烯型机器人灵巧手的三维多孔石墨烯材料包括：三维多孔石墨烯海绵材料、三维多孔石墨烯水凝胶材料、三维多孔石墨烯气凝胶材料、三维多孔石墨烯泡沫材料、三维多孔石墨烯复合材料、三维多孔氧化石墨烯材料或三维多孔氧化石墨烯复合材料；所述三维多孔石墨烯复合材料包括：三维多孔石墨烯海绵复合材料、三维多孔石墨烯水凝胶复合材料、三维多孔石墨烯气凝胶复合材料或三维多孔石墨烯泡沫复合材料。
上述方案中，不同类型的所述传感器包括：触觉传感器、力矩传感器、位置传感器、角度传感器、语音传感器、视觉传感器、温度传感器、脑电波传感器、心电图传感器、血压传感器。
上述方案中，所述三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手，包括：多个手指，每个所述手指有多个手指关节；所述三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手，包括：三维多孔石墨烯型机器人两指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人三指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人四指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人五指关节灵巧手或三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手；所述三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手，包括：三维多孔石墨烯型机器人两指软体灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人三指软体灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人四指软体灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人五指软体灵巧手或三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手。
本发明的三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手工作过程如下：
智能控制器发出抓取物体工作指令，微型电源通过电路控制板和可伸缩导线向三维多孔石墨烯型多指关节手指与三维多孔石墨烯型手腕关节输送一定大小或一定方向的电压或电流；由于三维多孔石墨烯型多指关节手指与三维多孔石墨烯型手腕关节中的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器叠置构成，其三维多孔石墨烯型单元驱动器主要结构由三层构成，包括：两个三维多孔石墨烯型电极层、离子液体凝胶电活性层；两个三维多孔石墨烯型电极层为外面两层，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层，并构成一体化结构；离子液体凝胶电活性层，采用离子液体负载化，即通过物理或化学方法将离子液体固定到具有相连通的多孔结构的固态载体上；其电压和电流通过可伸缩导线将电能传输给三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器的三维多孔石墨烯型电极层；由于三维多孔石墨烯型电极层中的三维多孔石墨烯具有优良的导电性能，并具有巨大的表面积和连通的大量孔洞；两个三维多孔石墨烯型电极层的电压对中间层的离子液体凝胶电活性层形成电场；在两个三维多孔石墨烯型电极层的电场作用下，离子液体凝胶电活性层中的带电离子重新分布，其正负离子分别在两个三维多孔石墨烯型电极层及其三维多孔石墨烯孔洞中分布堆积；由于阳离子体积远大于阴离子体积，导致作为负极的三维多孔石墨烯电极层伸长，作为正极的三维多孔石墨烯电极层收缩，从而使三维多孔石墨烯型单元驱动器在宏观上产生可见形变，产生弯曲驱动效应；由于三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器是多个三维多孔石墨烯型单元驱动器有序叠置构成，所以产生弯曲驱动叠加增强效应；在智能控制器指令下，使多个三维多孔石墨烯型多指关节手指和三维多孔石墨烯型手腕关节协同弯曲完成抓取物体的驱动动作。
当三维多孔石墨烯型多指关节手指协同弯曲进行抓取物体动作过程中，三维多孔石墨烯型多指关节手指和三维多孔石墨烯型手腕关节中装配的不同类型传感器能够协同工作；各类传感器能够将触觉信息数据、力矩信息数据、位置信息数据、角度信息数据等传输给智能控制器；智能控制器通过智能芯片的运算处理，向装配在三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手中不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器输送调控电压或电流大小的信息，使不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器的弯曲程度或输出力矩得到可控调节，完成自适应调控抓取物体。
当三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手完成抓取物体，并按照指令已经安全将物体移送到指定位置后，智能控制器向三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手发送释放物体指令，则微型电源通过电路控制板和可伸缩导线向处于三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手中不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器输送相反工作电压或电流，多个三维多孔石墨烯型多指关节手指和三维多孔石墨烯型手腕关节协同向相反方向弯曲完成释放物体动作。
本发明的三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手工作过程如下：
智能控制器发出抓取物体工作指令，微型电源通过电路控制板和可伸缩导线向三维多孔石墨烯型多指软体手指输送一定大小或一定方向的电压和电流；由于三维多孔石墨烯型多指软体手指中的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器叠置构成，其三维多孔石墨烯型单元驱动器主要结构由三层构成，包括：两个三维多孔石墨烯型电极层、离子液体凝胶电活性层；三维多孔石墨烯型电极层为外面两层，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层，并构成一体化结构；离子液体凝胶电活性层，采用离子液体负载化，即通过物理或化学方法将离子液体固定到具有相连通的多孔结构的固态载体上；其电压和电流通过可伸缩导线将电能传输给三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器的三维多孔石墨烯型电极层；由于三维多孔石墨烯型电极层中的三维多孔石墨烯具有优良的导电性能，并具有巨大的表面积和连通的大量孔洞；两个三维多孔石墨烯型电极层的电压对中间层的离子液体凝胶电活性层形成电场；在两个三维多孔石墨烯型电极层的电场作用下，离子液体凝胶电活性层中的带电离子重新分布，其正负离子分别在两个三维多孔石墨烯型电极层及其三维多孔石墨烯孔洞中分布堆积；由于阳离子体积远大于阴离子体积，导致作为负极的三维多孔石墨烯电极层伸长，作为正极的三维多孔石墨烯电极层收缩，从而使三维多孔石墨烯型单元驱动器在宏观上产生可见形变，产生弯曲驱动效应；由于三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器是多个三维多孔石墨烯型单元驱动器有序叠置构成，所以产生弯曲驱动叠加效应；在智能控制器指令下，使多个三维多孔石墨烯型多指软体手指协同弯曲完成抓取物体动作。
当三维多孔石墨烯型多指软体手指协同弯曲进行抓取物体动作过程中，三维多孔石墨烯型多指软体手指中装配的不同类型传感器能够协同工作；各类传感器能够将触觉信息数据、力矩信息数据、位置信息数据、角度信息数据等传输给智能控制器；智能控制器通过智能芯片的运算处理，向装配在不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器输送调控电压或电流大小的信息，使不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器的弯曲程度或输出力矩得到可控调节，完成自适应调控抓取物体。
当三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手完成抓取物体，并按照指令已经安全将物体移送到指定位置后，智能控制器向三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手发送释放物体指令，则微型电源通过电路控制板和可伸缩导线向处于三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器输送相反工作电压或电流，多个三维多孔石墨烯型多指软体手指协同向相反方向弯曲完成释放物体动作。
因此，三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手的三维多孔石墨烯型机器人软体手指具有软体结构特征，在智能控制器指令下适于抓取多边形态物体、尺度形状不规则物体或非典型形态物体。
本发明的三维多孔石墨烯型机器人灵巧手具有以下有益效果：
a、本发明的三维多孔石墨烯型机器人灵巧手的驱动关节主要采用了三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器；由于三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手中的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器叠置构成，其三维多孔石墨烯型单元驱动器主要结构由三层构成，包括：两个三维多孔石墨烯型电极层、离子液体凝胶电活性层；三维多孔石墨烯型电极层为外面两层，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层，并构成一体化结构；由于三维多孔石墨烯型电极层中的三维多孔石墨烯具有优良的导电性能，并具有巨大的表面积和连通的大量孔洞，能够使驱动器的弯曲驱动效率得到提高；两个三维多孔石墨烯型电极层的电压对中间层的离子液体凝胶电活性层形成电场；在两个三维多孔石墨烯型电极层的电场作用下，离子液体凝胶电活性层中的带电离子重新分布，其正负离子分别在两个三维多孔石墨烯型电极层及其三维多孔石墨烯孔洞中分布堆积；由于阳离子体积远大于阴离子体积，导致作为负极的三维多孔石墨烯电极层伸长，作为正极的三维多孔石墨烯电极层收缩，从而使三维多孔石墨烯型单元驱动器在宏观上产生可见形变，产生弯曲驱动效应；由于三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器是多个三维多孔石墨烯型单元驱动器有序叠置构成，所以产生弯曲驱动叠加效应，其机器人灵巧手的输出力矩得到增强。
b、本发明的三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手，主要采用了三维多孔石墨烯型手腕关节；三维多孔石墨烯型手腕关节主要采用了三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列，包括：由多个三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器有序排列，并在多个相同方向或多个不同方向形成一定规律阵列构成，在智能控制器指令下具有向不同方向弯曲的驱动功能；在智能控制器的控制下，三维多孔石墨烯型手腕关节与多个三维多孔石墨烯型多指关节手指产生协同动作，其抓取物体的性能具有灵巧性、可靠性和稳定性。
c、本发明的三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手，主要采用了三维多孔石墨烯型多指软体手指中的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器；与传统的机械手相比较，克服了原机械手自由度太多，机构和控制策略过于复杂等问题，并具有软体结构；在智能控制器的指令下，通过电路控制板和连接导线，来调控微型电源向软体手指中的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器输入不同大小或不同方向的电压或电流，因此能够实现自适应地抓取或释放多边形态物体或非典型形态物体。
d、在本发明三维多孔石墨烯型机器人灵巧手中，采用将传感器、智能控制器与灵巧手相结合的结构方式，使不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器的弯曲程度或输出力矩得到可控调节，能够实现自适应地抓取或释放物体。传感器可采用不同类型传感器，如：采用触觉传感器、力矩传感器、位置传感器、角度传感器，在智能控制器的调控下能够使三维多孔石墨烯型机器人灵巧手能够自适地应抓取物体；采用语音传感器、视觉传感器、脑电波传感器，能够使三维多孔石墨烯型机器人灵巧手接收多元抓取指令，在智能控制器的调控下实现智慧抓取物体；采用温度传感器、心电图传感器、血压传感器等，在智能控制器的调控下能够使三维多孔石墨烯型机器人灵巧手作为实时监测并收集人体的身体健康数据参数，作为医疗保健参考数据，拓宽了机器人灵巧手的应用领域。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是三维多孔石墨烯型单元驱动器变形驱动前的结构示意图；
图2是三维多孔石墨烯型单元驱动器变形驱动时的结构示意图；
图3是三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器的结构示意图；
图4是三维多孔石墨烯型机器人五指关节灵巧手的结构示意图；
图5是三维多孔石墨烯型机器人三指软体灵巧手的结构示意图。
其中，三维多孔石墨烯型机器人五指关节灵巧手1、三维多孔石墨烯型多指关节手指2、三维多孔石墨烯型手腕关节3、手掌4、传感器5、三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节6、远端指节7、近端指节8、指节连接器9、三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10、三维多孔石墨烯型单元驱动器11、第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13、离子液体凝胶电活性层14、三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列15、阳离子16、阴离子19、三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17、三维多孔石墨烯型机器人软体手指18、手掌20、外接电极21、绝缘弹性层22、手腕关节连接器23。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例1.
三维多孔石墨烯型机器人五指关节灵巧手
本发明实施例1的三维多孔石墨烯型机器人五指关节灵巧手的结构示意图(见图4)，三维多孔石墨烯型单元驱动器变形驱动前的结构示意图(见图1)，三维多孔石墨烯型单元驱动器变形驱动时的结构示意图(见图2)，三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器的结构示意图(见图3)。
三维多孔石墨烯型机器人五指关节灵巧手1包括：多个三维多孔石墨烯型多指关节手指2、三维多孔石墨烯型手腕关节3、手掌4、智能控制器、不同类型的传感器5、电路控制板、可伸缩导线、微型电源；三维多孔石墨烯型多指关节手指2，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节6、远端指节7、近端指节8、指节连接器9；三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节6主要由三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10(见图3)装配在指关节构成；三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10，包括：由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器11有序叠置构成；多个三维多孔石墨烯型单元驱动器11之间均有绝缘弹性层22；三维多孔石墨烯型单元驱动器11中的第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13通过可伸缩导线与电路控制板相连接；电路控制板通过智能控制器与微型电源相连接；在智能控制器指令下，微型电源向所述三维多孔石墨烯型单元驱动器11提供电能，其提供的电能包括电压或电流，且电压或电流大小或方向由智能控制器来进行调控。
三维多孔石墨烯型单元驱动器11(见图1，图2)主要结构由三层构成，包括：第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13、离子液体凝胶电活性层14；第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13为外面两层，在离子液体凝胶电活性层14的外表面，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层14，并构成一体化结构；离子液体凝胶电活性层14，采用离子液体负载化形成，即通过物理或化学方法将离子液体固定到具有相连通的多孔结构的固态载体上；不同类型的传感器5分别装配在远端指节7、近端指节8或手掌4内；三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节6的两端，通过指节连接器9分别与远端指节7一端、近端指节8一端相连接；近端指节8另一端通过另一个指节连接器9与另一个三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节6的一端相连接，并构成一个三维多孔石墨烯型多指关节手指2；三维多孔石墨烯型多指关节手指2末端，通过指节连接器9与手掌4上端相连接；三维多孔石墨烯型手腕关节3，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列15、手腕关节连接器23；三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列15包括：有序排列的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10，即在多个相同方向或多个不同方向按照一定规律排列方式形成三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列15；三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列15，通过手腕关节连接器23与手掌4下端相连接，并在智能控制器指令下具有向不同方向弯曲的驱动功能；智能控制器、部分传感器、电路控制板、可伸缩导线、微型电源均装配在手掌4内；智能控制器与不同类型的传感器5、电路控制板、可伸缩导线、微型电源、多个三维多孔石墨烯型多指关节手指2、指节连接器9、三维多孔石墨烯型手腕关节3、手腕关节连接器23、手掌4相连接，并构成一体化的三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手1。
三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手1的三维多孔石墨烯材料采用三维多孔石墨烯海绵材料。
本发明实施例1的三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手1工作过程如下：
智能控制器发出抓取物体工作指令，微型电源通过电路控制板和可伸缩导线向三维多孔石墨烯型多指关节手指2与三维多孔石墨烯型手腕关节3输送一定大小或一定方向的电压或电流；由于三维多孔石墨烯型多指关节手指2与三维多孔石墨烯型手腕关节3中的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器11叠置构成，其三维多孔石墨烯型单元驱动器11主要结构由三层构成，包括：第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13、离子液体凝胶电活性层14；第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13为外面两层，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层14，并构成一体化结构；离子液体凝胶电活性层14，采用离子液体负载化，即通过物理或化学方法将离子液体固定到具有相连通的多孔结构的固态载体上；其电压和电流通过可伸缩导线将电能传输给第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13；由于第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13中的三维多孔石墨烯具有优良的导电性能，并具有巨大的表面积和连通的大量孔洞；第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13的电压对中间层的离子液体凝胶电活性层14形成电场；在第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13的电场作用下，离子液体凝胶电活性层14中的带电离子重新分布，其正负离子分别在第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13及其三维多孔石墨烯孔洞中分布堆积；由于阳离子16体积远大于阴离子19体积，导致作为负极的第二三维多孔石墨烯电极层13伸长，作为正极的第一三维多孔石墨烯型电极层12收缩，从而使三维多孔石墨烯型单元驱动器11在宏观上产生可见形变(见图2)，产生弯曲驱动效应；由于三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10是多个三维多孔石墨烯型单元驱动器11有序叠置构成，所以产生弯曲驱动叠加增强效应；在智能控制器指令下，使多个三维多孔石墨烯型多指关节手指2和三维多孔石墨烯型手腕关节3协同弯曲完成抓取物体的驱动动作。
当三维多孔石墨烯型多指关节手指2和三维多孔石墨烯型手腕关节3协同弯曲进行抓取物体动作过程中，三维多孔石墨烯型多指关节手指2和三维多孔石墨烯型手腕关节3中装配的不同类型的传感器5能够协同工作；各类传感器5能够将触觉信息数据、力矩信息数据、位置信息数据、角度信息数据等传输给智能控制器；智能控制器通过智能芯片的运算处理，向装配在三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手1中不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10输送调控电压或电流大小的信息，使不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10的弯曲程度或输出力矩得到可控调节，协同完成自适应调控抓取物体。
当三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手1完成抓取物体，并按照指令已经安全将物体移送到指定位置后，智能控制器向三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手1发送释放物体指令，则微型电源通过电路控制板和可伸缩导线向处于三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手1中不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10输送相反工作电压或电流，多个三维多孔石墨烯型多指关节手指2和三维多孔石墨烯型手腕关节3协同向相反方向弯曲完成释放物体动作。
实施例2.
三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17
本发明实施例2的三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17的结构示意图(见图5)，三维多孔石墨烯型单元驱动器11变形驱动前的结构示意图(见图1)，三维多孔石墨烯型单元驱动器11变形驱动时的结构示意图(见图2)，三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10的结构示意图(见图3)。
本发明实施例2的三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17，包括：多个三维多孔石墨烯型机器人软体手指18、指节连接器、不同类型的传感器5、手掌20、智能控制器、电路控制板、连接导线、外接电极21、微型电源；三维多孔石墨烯型机器人软体手指18，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器软体手指18；三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器软体手指18主要包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10；三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10，包括：由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器11有序叠置构成(见图3)；多个三维多孔石墨烯型单元驱动器11之间均有绝缘弹性层22；三维多孔石墨烯型单元驱动器11中的第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13通过可伸缩导线与电路控制板相连接；电路控制板通过智能控制器与微型电源相连接；在智能控制器指令下，微型电源向三维多孔石墨烯型机器人灵巧手中的三维多孔石墨烯型单元驱动器11提供电压或电流，其提供的电压或电流大小或方向由智能控制器来进行调控。
三维多孔石墨烯型单元驱动器11(见图1，图2)主要结构由三层构成，包括：第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13、离子液体凝胶电活性层14；第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13为外面两层，位于离子液体凝胶电活性层14的外表面，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层14，并构成一体化结构；离子液体凝胶电活性层14，采用离子液体负载化形成，即通过物理或化学方法将离子液体固定到具有相连通的多孔结构的固态载体上；不同类型的传感器5分别装配在三维多孔石墨烯型机器人软体手指18或手掌20内；多个三维多孔石墨烯型机器人软体手指18分别通过指节连接器与手腕20相连接；外接电极21装配在指节连接器外面，并与三维多孔石墨烯型机器人软体手指18中的三维多孔石墨烯型电极相连接；智能控制器、电路控制板、连接导线、微型电源均装配在手掌20内；智能控制器与不同类型传感器5、电路控制板、连接导线、微型电源、三维多孔石墨烯型机器人软体手指18、手掌20相连接，并构成一体化的三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17。
三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17的三维多孔石墨烯材料采用三维多孔石墨烯水凝胶材料。
本发明的三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17工作过程如下：
智能控制器发出抓取物体工作指令，微型电源通过电路控制板和可伸缩导线向三维多孔石墨烯型多指软体手指18输送一定大小或一定方向的电压或电流；由于三维多孔石墨烯型多指软体手指18中的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器11叠置构成，其三维多孔石墨烯型单元驱动器11主要结构由三层构成，包括：第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13、离子液体凝胶电活性层14；第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13为外面两层，包裹中间层的离子液体凝胶电活性层14，并构成一体化结构；离子液体凝胶电活性层14，采用离子液体负载化，即通过物理或化学方法将离子液体固定到具有相连通的多孔结构的固态载体上；其电压和电流通过可伸缩导线将电能传输给第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13；由于第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13中的三维多孔石墨烯具有优良的导电性能，并具有巨大的表面积和连通的大量孔洞；第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13的电压对中间层的离子液体凝胶电活性层14形成电场；在第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13的电场作用下，离子液体凝胶电活性层14中的带电离子重新分布，其正负离子分别在第一三维多孔石墨烯型电极层12、第二三维多孔石墨烯型电极层13及其三维多孔石墨烯孔洞中分布堆积；由于阳离子16体积远大于阴离子19体积，导致作为负极的第二三维多孔石墨烯电极层13伸长，作为正极的第一三维多孔石墨烯电极层12收缩，从而使三维多孔石墨烯型单元驱动器11在宏观上产生可见形变，产生弯曲驱动效应；由于三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10是多个三维多孔石墨烯型单元驱动器11有序叠置构成，所以产生弯曲驱动叠加效应；在智能控制器指令下，使多个三维多孔石墨烯型多指软体手指18协同弯曲完成抓取物体动作。
当三维多孔石墨烯型多指软体手指18协同弯曲进行抓取物体动作过程中，三维多孔石墨烯型多指软体手指18中装配的不同类型传感器5能够协同工作；各类传感器5能够将触觉信息数据、力矩信息数据、位置信息数据、角度信息数据等传输给智能控制器；智能控制器通过智能芯片的运算处理，向装配在不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10输送调控电压或电流大小的信息，使三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10的弯曲程度或输出力矩得到可控调节，完成自适应调控抓取物体。
当三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17完成抓取物体，并按照指令已经安全将物体移送到指定位置后，智能控制器向三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17发送释放物体指令，则微型电源通过电路控制板和可伸缩导线向处于三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17不同位置的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器10输送相反工作电压或电流，多个三维多孔石墨烯型多指软体手指18协同向相反方向弯曲完成释放物体动作。
因此，三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手17的三维多孔石墨烯型机器人软体手指18具有软体结构特征，在智能控制器指令下适于抓取多边形态物体、尺度形状不规则物体或非典型形态物体。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种三维多孔石墨烯型机器人灵巧手，其特征在于，包括：三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手；所述三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手，包括：多个三维多孔石墨烯型多指关节手指、三维多孔石墨烯型手腕关节、手掌、智能控制器、多个传感器、电路控制板、可伸缩导线、微型电源；所述三维多孔石墨烯型多指关节手指，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节、远端指节、近端指节、指节连接器；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节采用三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器装配在指关节构成；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器构成；所述三维多孔石墨烯型单元驱动器包括：两个三维多孔石墨烯型电极层、离子液体凝胶电活性层；所述两个三维多孔石墨烯型电极层分别包裹在离子液体凝胶电活性层的外表面，并构成一体化结构；所述离子液体凝胶电活性层，采用离子液体负载化形成；所述多个传感器分别装配在远端指节、近端指节或手掌内；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节的两端分别通过指节连接器与远端指节一端、近端指节一端相连接；所述近端指节另一端通过另一个指节连接器与另一个三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器指关节的一端相连接，并构成一个三维多孔石墨烯型多指关节手指；所述三维多孔石墨烯型多指关节手指末端，通过指节连接器与手掌上端相连接；所述三维多孔石墨烯型手腕关节，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列、手腕关节连接器；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列包括有序排列的三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器阵列，通过手腕关节连接器与手掌下端相连接，并在智能控制器指令下可向多个方向弯曲；所述智能控制器、部分的传感器、电路控制板、可伸缩导线、微型电源均装配在手掌内；所述智能控制器与传感器、电路控制板、可伸缩导线、微型电源、多个三维多孔石墨烯型多指关节手指、指节连接器、三维多孔石墨烯型手腕关节、手腕关节连接器、手掌相连接，并构成一体化的三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手；
所述三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手，包括：多个三维多孔石墨烯型机器人软体手指、指节连接器、传感器、手掌、智能控制器、电路控制板、连接导线、外接电极、微型电源；所述三维多孔石墨烯型机器人软体手指，包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器软体手指；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器软体手指包括：三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器；所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器叠置构成；所述三维多孔石墨烯型单元驱动器由三层结构构成，包括：两个三维多孔石墨烯型电极层、离子液体凝胶电活性层；所述两个三维多孔石墨烯型电极层包裹在所述离子液体凝胶电活性层外表面，并构成一体化结构；所述离子液体凝胶电活性层，采用离子液体负载化形成；所述传感器分别装配在三维多孔石墨烯型机器人软体手指或手掌内；所述多个三维多孔石墨烯型机器人软体手指分别通过指节连接器与手腕相连接；所述外接电极装配在指节连接器外面，并与三维多孔石墨烯型机器人软体手指中的三维多孔石墨烯型电极相连接；所述智能控制器、电路控制板、连接导线、微型电源均装配在手掌内；所述智能控制器与传感器、电路控制板、连接导线、微型电源、三维多孔石墨烯型机器人软体手指、手掌相连接，并构成一体化的三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手；
所述三维多孔石墨烯型多单元叠置驱动器由多个三维多孔石墨烯型单元驱动器有序叠置构成；所述多个三维多孔石墨烯型单元驱动器之间均有绝缘弹性层；所述三维多孔石墨烯型单元驱动器中的三维多孔石墨烯型电极层通过可伸缩导线与电路控制板相连接；所述电路控制板通过智能控制器与微型电源相连接；所述微型电源在智能控制器指令下向三维多孔石墨烯型单元驱动器提供电能。
2.根据权利要求1所述的三维多孔石墨烯型机器人灵巧手，其特征在于，三维多孔石墨烯型机器人灵巧手的三维多孔石墨烯材料包括：三维多孔石墨烯海绵材料、三维多孔石墨烯水凝胶材料、三维多孔石墨烯气凝胶材料、 三维多孔石墨烯泡沫材料、三维多孔石墨烯复合材料、三维多孔氧化石墨烯材料或三维多孔氧化石墨烯复合材料；所述三维多孔石墨烯复合材料包括：三维多孔石墨烯海绵复合材料、三维多孔石墨烯水凝胶复合材料、三维多孔石墨烯气凝胶复合材料或 三维多孔石墨烯泡沫复合材料。
3.根据权利要求1所述的三维多孔石墨烯型机器人灵巧手，其特征在于，所述传感器包括：触觉传感器、力矩传感器、位置传感器、角度传感器、语音传感器、视觉传感器、温度传感器、脑电波传感器、心电图传感器、血压传感器。
4.根据权利要求1所述的三维多孔石墨烯型机器人灵巧手，其特征在于，所述三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手，包括：多个手指，每个所述手指有多个手指关节；所述三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手，包括：三维多孔石墨烯型机器人两指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人三指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人四指关节灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人五指关节灵巧手或三维多孔石墨烯型机器人多指关节灵巧手；所述三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手，包括：三维多孔石墨烯型机器人两指软体灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人三指软体灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人四指软体灵巧手、三维多孔石墨烯型机器人五指软体灵巧手或三维多孔石墨烯型机器人多指软体灵巧手。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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