CN109318223B - 一种形状记忆聚合物抓取机构 - Google Patents

Abstract

一种形状记忆聚合物抓取机构，它涉及一种抓取机构。本发明解决了现有机械手变形能力差、适应性差以及气动软体机器人强度低、不能承受太重的重物的问题。多个上变形部的数量和多个下变形部的数量一致设置，每个上变形部的上端部与支撑底座的下端面连接，每个上变形部的下端部与对应的一个下变形部的上端部连接，上变形部和下变形部均由碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物与电加热片粘贴而成，抓取状态时，上变形部为平板向外弯曲的弧形，下变形部为平板向内弯曲的弧形，释放状态时，上变形部和下变形部均呈直板状，上变形部和下变形部沿支撑底座的圆周方向均布设置。本发明用于软体机器人抓取领域。

Description

一种形状记忆聚合物抓取机构

技术领域

本发明涉及一种抓取机构，具体涉及一种形状记忆聚合物抓取机构。

背景技术

目前市场上的抓取机构主要应用机械手和气动软体机器人，机械手一般是刚性材料制成的，而刚性材料弹性变形能力有限，这些刚性机械手抓取精准且专业，但其变形能力有限，不能适应各种环境下的抓取需求。气动软体机器人能够达到各种环境的抓取需求，但强度一般都比较小，不能承受太重的重物。

形状记忆聚合物是一种具有在一定热、电、磁、光条件刺激下主动回复变形并保持形状的特点的高分子聚合物，增加碳纤维增强相后，其强度也会增大，弹性模量可达5Gpa，抗拉强度可达300Mpa。因此需要开发形状记忆聚合物抓取机构。

综上，现有的机械手变形能力差、适应性差以及气动软体机器人强度低、不能承受太重的重物。

发明内容

本发明为解决现有的机械手变形能力差、适应性差以及气动软体机器人强度低、不能承受太重的重物的问题，进而提供一种形状记忆聚合物抓取机构。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的形状记忆聚合物抓取机构包括支撑底座1、多个上变形部2和多个下变形部3，多个上变形部2的数量和多个下变形部3的数量一致设置，每个上变形部2的上端部与支撑底座1的下端面连接，每个上变形部2的下端部与对应的一个下变形部3的上端部连接，上变形部2和下变形部3均由碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物与电加热片粘贴而成抓取状态时，上变形部2为平板向外弯曲的弧形，下变形部3为平板向内弯曲的弧形，释放状态时，上变形部2和下变形部3均呈直板状，上变形部2和下变形部3沿支撑底座1的圆周方向均布设置。

优选地，所述形状记忆聚合物抓取机构还包括多个连接接口，连接接口的数量与上变形部2的数量一致设置，连接接口沿支撑底座1的圆周方向均布设置，连接接口与支撑底座1固装为一体，连接接口与向内倾斜设置，连接接口与竖直方向的倾角为15°。

优选地，连接接口的数量为三个，连接接口依次为第一连接接口1-1、第二连接接口1-2和第三连接接口1-3，第一连接接口1-1、第二连接接口1-2和第三连接接口1-3之间两两互成120°。

优选地，上变形部2的数量为三个，上变形部2依次为第一上变形部2-1、第二上变形部2-2和第三上变形部2-3，连接接口为螺纹机械接口，每个上变形部2的上端部通过螺钉与对应的一个连接接口连接。

优选地，上变形部2的上端部和上变形部2的下端部均设置有用于连接的螺纹接口。

优选地，抓取状态时上变形部2的圆弧半径为30mm，上变形部2的下部2-4与竖直方向所成的夹角为75°。

优选地，下变形部3的数量为三个，下变形部3依次为第一下变形部3-1、第二下变形部3-2和第三下变形部3-3，下变形部3的上端部设置有用于连接的螺纹接口，上变形部2的下端部通过螺钉与对应的下变形部3的上端部螺纹连接。

优选地，每个下变形部3包括上半变形部3-4和下半变形部3-5，抓取状态时上半变形部3-4的圆弧半径为55mm，上半变形部3-4的弯曲角度为50°，下半变形部3-5的圆弧半径为15mm，下半变形部3-5的弯曲角度为180°。

优选地，上变形部2和下变形部3的碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物材料均为四层，上变形部2和下变形部3是由碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物正交45°复合而成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的形状记忆聚合物抓取机构的碳纤维增强形状记忆聚合物具有热致性，热致性形状记忆聚合物具有在一定热条件刺激下主动回复变形并保持形状的特点，利用这一效应，可解决传统机械手适应性差的问题；

本发明的形状记忆聚合物抓取机构采用碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料，强度较大，弹性模量可达5Gpa，抗拉强度可达300Mpa，能够提起较重的重物，单片形状及聚合物提取重物比重可达100倍；

本发明的形状记忆聚合物抓取机构的形状记忆聚合物具有可重复性，因此本发明可重复利用。

附图说明

图1是本发明的形状记忆聚合物抓取机构的主视图；

图2是本发明的形状记忆聚合物抓取机构的俯视图；

图3是本发明的形状记忆聚合物抓取机构的抓取状态示意图；

图4是本发明的形状记忆聚合物抓取机构的释放状态示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～4所示，本实施方式的形状记忆聚合物抓取机构包括支撑底座1、多个上变形部2和多个下变形部3，多个上变形部2的数量和多个下变形部3的数量一致设置，每个上变形部2的上端部与支撑底座1的下端面连接，每个上变形部2的下端部与对应的一个下变形部3的上端部连接，上变形部2和下变形部3均由碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物与电加热片粘贴而成，抓取状态时，上变形部2为平板向外弯曲的弧形，下变形部3为平板向内弯曲的弧形，释放状态时，上变形部2和下变形部3均呈直板状，上变形部2和下变形部3沿支撑底座1的圆周方向均布设置。

形状记忆聚合物具有在一定热、电、磁、光条件刺激下主动回复变形并保持形状的特点，本发明用到的形状记忆聚合物是热致性形状记忆聚合物，即可在一定热条件刺激下主动回复变形并保持形状；上变形部2和下变形部3初始形状都是平板形状，经过手动赋型，使上变形部2和下变形部3分别变成弯曲形状，对上变形部2加热达到其玻璃化转变温度后，上变形部2会主动回复至初始形状，从而达到抓取效果；对下变形部3加热达到其玻璃化转变温度后，下变形部3会主动回复至初始形状，从而达到释放效果。

具体实施方式二：如图1、图3和图4所示，本实施方式所述形状记忆聚合物抓取机构还包括多个连接接口，连接接口的数量与上变形部2的数量一致设置，连接接口沿支撑底座1的圆周方向均布设置，连接接口与支撑底座1固装为一体，连接接口与向内倾斜设置，连接接口与竖直方向的倾角为15°。如此设计，可以用来提高抓取机构的夹取能力。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1、图3和图4所示，本实施方式连接接口的数量为三个，连接接口依次为第一连接接口1-1、第二连接接口1-2和第三连接接口1-3，第一连接接口1-1、第二连接接口1-2和第三连接接口1-3之间两两互成120°。如此设计，可以使得抓取机构在抓取物品时受力均匀。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：如图1和图3所示，本实施方式上变形部2的数量为三个，上变形部2依次为第一上变形部2-1、第二上变形部2-2和第三上变形部2-3，连接接口为螺纹机械接口，每个上变形部2的上端部通过螺钉与对应的一个连接接口连接。如此设计，便于上变形部2的上端部与连接接口连接。其它组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：如图1、图3和图4所示，本实施方式上变形部2的上端部和上变形部2的下端部均设置有用于连接的螺纹接口。如此设计，便于上变形部2与下变形部3连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式六：如图1所示，本实施方式抓取状态时上变形部2的圆弧半径为30mm，上变形部2的下部2-4与竖直方向所成的夹角为75°。如此设计，可以增大抓取空间。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：如图1、图3和图4所示，本实施方式下变形部3的数量为三个，下变形部3依次为第一下变形部3-1、第二下变形部3-2和第三下变形部3-3，下变形部3的上端部设置有用于连接的螺纹接口，上变形部2的下端部通过螺钉与对应的下变形部3的上端部螺纹连接。如此设计，便于上变形部2与下变形部3连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或六相同。

具体实施方式八：如图1、图3和图4所示，本实施方式每个下变形部3包括上半变形部3-4和下半变形部3-5，抓取状态时上半变形部3-4的圆弧半径为55mm，上半变形部3-4的弯曲角度为50°，下半变形部3-5的圆弧半径为15mm，下半变形部3-5的弯曲角度为180°。如此设计，可以提高抓取机构抓取的强度，弹性模量可达5Gpa，抗拉强度可达300Mpa，能够提起较重的重物，单片形状及聚合物提取重物比重可达100倍，比重＝重物质量/抓取机构本身重量。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：如图1、图3和图4所示，本实施方式上变形部2和下变形部3的碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物材料均为四层，上变形部2和下变形部3是由碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物正交45°复合而成。如此设计，使得抓取机构在一定热条件刺激下主动回复变形并保持形状的特点，利用这一效应，可以提高抓取机构的适应性。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、六或八相同。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落在本发明的保护范围。

实施例：

1、首先利用聚酰亚胺双面胶将电加热片粘贴在初始状态下的形状记忆聚合物材料变形的内侧表面，注意粘贴平整无褶皱气泡；

2、将所有贴有电加热片的形状记忆聚合物材料放入150～170℃的温度箱，温度根据形状记忆聚合物玻璃化转变温度Tg来确定，一般比Tg高0～20℃，温度箱中放置五分钟，材料达到Tg变软后，手动将第一上变形部2-1、第二上变形部2-2和第三上变形部2-3赋型至抓取状态，将第一下变形部3-1、第二下变形部3-2和第三下变形部3-3赋型至抓取状态，使材料恢复常温，保持形状不动，按照图1形状组合安装；

3、将抓取机构放置与要抓取的物品位置之上，对上变形部2的形状记忆聚合物的电加热片加热，使上变形部2主动回复并保持形状，使下变形部3向内收夹取重物；

4、对下变形部3的形状记忆聚合物的电加热片加热，使下变形部3主动回复至初始形状，释放重物；

5、使用电加热片对所有材料加热1分钟，材料达到Tg变软后，手动将第一上变形部2-1、第二上变形部2-2和第三上变形部2-3赋型至图1中弯曲形状，将第一下变形部3-1、第二下变形部3-2和第三下变形部3-3赋型至图1中弯曲形状，使材料恢复常温，保持形状不动。

Claims (9)

1.一种形状记忆聚合物抓取机构，所述形状记忆聚合物抓取机构包括支撑底座(1)、多个上变形部(2)和多个下变形部(3)，其特征在于：多个上变形部(2)的数量和多个下变形部(3)的数量一致设置，每个上变形部(2)的上端部与支撑底座(1)的下端面连接，每个上变形部(2)的下端部与对应的一个下变形部(3)的上端部连接，上变形部(2)和下变形部(3)均由碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物与电加热片粘贴而成，抓取状态时，上变形部(2)为平板向外弯曲的弧形，下变形部(3)为平板向内弯曲的弧形，释放状态时，上变形部(2)和下变形部(3)均呈直板状，上变形部(2)和下变形部(3)沿支撑底座(1)的圆周方向均布设置。

2.根据权利要求1所述的形状记忆聚合物抓取机构，其特征在于：所述形状记忆聚合物抓取机构还包括多个连接接口，连接接口的数量与上变形部(2)的数量一致设置，连接接口沿支撑底座(1)的圆周方向均布设置，连接接口与支撑底座(1)固装为一体，连接接口向内倾斜设置，连接接口与竖直方向的倾角为15°。

3.根据权利要求2所述的形状记忆聚合物抓取机构，其特征在于：连接接口的数量为三个，连接接口依次为第一连接接口(1-1)、第二连接接口(1-2)和第三连接接口(1-3)，第一连接接口(1-1)、第二连接接口(1-2)和第三连接接口(1-3)之间两两互成120°。

4.根据权利要求2或3所述的形状记忆聚合物抓取机构，其特征在于：上变形部(2)的数量为三个，上变形部(2)依次为第一上变形部(2-1)、第二上变形部(2-2)和第三上变形部(2-3)，连接接口为螺纹机械接口，每个上变形部(2)的上端部通过螺钉与对应的一个连接接口连接。

5.根据权利要求1、2或3所述的形状记忆聚合物抓取机构，其特征在于：上变形部(2)的上端部和上变形部(2)的下端部均设置有用于连接的螺纹接口。

6.根据权利要求5所述的形状记忆聚合物抓取机构，其特征在于：抓取状态时上变形部(2)的圆弧半径为30mm，上变形部(2)的下部(2-4)与竖直方向所成的夹角为75°。

7.根据权利要求1、2、3或6所述的形状记忆聚合物抓取机构，其特征在于：下变形部(3)的数量为三个，下变形部(3)依次为第一下变形部(3-1)、第二下变形部(3-2)和第三下变形部(3-3)，下变形部(3)的上端部设置有用于连接的螺纹接口，上变形部(2)的下端部通过螺钉与对应的下变形部(3)的上端部螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的形状记忆聚合物抓取机构，其特征在于：每个下变形部(3)包括上半变形部(3-4)和下半变形部(3-5)，抓取状态时上半变形部(3-4)的圆弧半径为55mm，上半变形部(3-4)的弯曲角度为50°，下半变形部(3-5)的圆弧半径为15mm，下半变形部(3-5)的弯曲角度为180°。

9.根据权利要求1、2、3、6或8所述的形状记忆聚合物抓取机构，其特征在于：上变形部(2)和下变形部(3)的碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物材料均为四层，上变形部(2)和下变形部(3)是由碳纤维增强环氧基形状记忆聚合物45°复合而成。

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