CN109514541A - 一种机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手，包括凝胶驱动器、抓持部、支撑部及定位调节导轨，所述凝胶驱动器主体外侧固定有支撑部，所述凝胶驱动器内侧固定有抓持部，所述定位调节导轨与支撑部的上部滑动连接，若干所述支撑部沿定位调节导轨调节间距，若干所述抓持部通过凝胶驱动器调节抓持部之间的距离。本发明抓物稳固、精准，且抓持物品范围广，易于推广及应用。本发明能抓持规则金属零部件，如钢管；不规则规则金属零部件，如螺钉。本发明还能抓持规则或者不规则的脆性物品；规则或者不规则柔性或者刚性材料。本发明的抓持尺度从微米级到米级，抓持物重从数微克到数千克。

Description

一种机械手

技术领域

本发明涉及智能材料与智能结构领域，尤其涉及一种机械手。

背景技术

PVC凝胶(poly vinylchloride-ge1，简称PVC)是一种电活性聚合物具有高应变在电场中会向阳极产生蠕动变形。根据这个特性，PVC凝胶适用于机械手的应用。

专利CN201810457179，公开了一种基于电驱动的PVC-gel柔性机械手，包括柔性手爪和PVC-gel驱动器，柔性手爪的一端固定在PVC-gel驱动器的驱动器外壳上，另一端通过顶杆与PVC-gel驱动器连接，顶杆与PVC-gel驱动器之间设置有弹簧，通过对PVC-gel驱动器施加电压使PVC-gel驱动器在厚度方向发生位移并输出力，通过弹簧驱动柔性手爪张开或闭合。该发明采用PVC-gel叠层驱动驱动柔性手爪，柔性手爪能够抓取不同表面形状的物体，而且能够通过调节所施加的电压使驱动器输出不同的位移和驱动力。该专利把多层型的驱动器放在机械手的壳里，通过弹簧的形式与外面的柔性机构链接起来，利用驱动器上下往复运动去实现外面的抓持手的张开与闭合。该专利只是通过PVC凝胶材料起到一种类似弹簧的作用，并没有真正的对机械手进行结构的创新。该结构粗糙，使用单一，无法夹起各种大小的物品，且抓取不精准。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种利用PVC凝胶材料且抓取精准的机械手。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种机械手，包括凝胶驱动器、抓持部、支撑部及定位调节导轨，所述凝胶驱动器主体外侧固定有支撑部，所述凝胶驱动器内侧固定有抓持部，所述定位调节导轨与支撑部的上部滑动连接，若干所述支撑部沿定位调节导轨调节间距，若干所述抓持部通过凝胶驱动器调节抓持部之间的距离。所述凝胶驱动器可采用PVC或者CPVC材料。

进一步的，所述凝胶驱动器包括主体、电极导线、驱动器连接板，所述主体为层叠结构，所述主体前后设有驱动器连接板，所述主体侧面设有电极导线。

进一步的，所述凝胶驱动器外设有驱动器保护罩。

进一步的，所述抓持部通过连接杆与凝胶驱动器连接，所述连接杆的末端接触凝胶驱动器的主体，所述主体为多层的层叠结构，所述主体前后设有驱动器连接板，所述主体侧面设有电极导线。

进一步的，所述支撑部上部为T形连接头，所述定位调节导轨设有与T形连接头相适配的滑槽，所述支撑部与定位调节导轨之间通过第一连接件连接。

进一步的，所述支撑部与凝胶驱动器通过第二连接件固定连接。

进一步的，所述驱动器保护罩与支撑部之间通过第三连接件连接。

进一步的，所述定位调节导轨上部的中央设有外部链接机构。

进一步的，所述抓持部为片状结构。不限于该结构，抓持部为能够抓持的任何结构。

进一步的，凝胶驱动器为环状套筒形。

采用本发明技术方案，本发明的有益效果为：本发明抓物稳固、精准，且抓持物品范围广，易于推广及应用。本发明能抓持规则金属零部件，如钢管；不规则规则金属零部件，如螺钉。本发明还能抓持规则或者不规则的脆性物品；规则或者不规则柔性或者刚性材料。本发明的抓持尺度从微米级到米级，抓持物重从数微克到数千克。本发明通过手指式的抓取方式，并通过采用凝胶材料使机械手达到高度的拟人状态，应用范围广，稳固性高，适用于各种场合。

附图说明

图1是PVC凝胶薄膜电场响应原理示意图；

图2是本发明提供的一种机械手二指结构图；

图3是本发明提供的一种机械手二指结构爆炸图；

图4是本发明提供的一种机械手二指结构抓持物品示意图；

图5是本发明提供的一种机械手三指结构抓持物品示意图；

图6是本发明提供的一种机械手凝胶驱动器主体实施例一穿线过程示意图；

图7是本发明提供的一种机械手凝胶驱动器主体实施例一穿线完成结构示意图；

图8是本发明提供的一种机械手凝胶驱动器主体实施例二穿线过程示意图；

图9是本发明提供的一种机械手凝胶驱动器主体实施例二穿线完成结构示意图；

图10是本发明提供的一种机械手凝胶驱动器主体实施例三穿线过程示意图；

图11是本发明提供的一种机械手凝胶驱动器主体实施例三穿线完成结构示意图。

其中，1、抓持部，2、支撑部，3、定位调节导轨，4、外部链接机构，5、主体，6、电极导线，7、驱动器连接板，8、驱动器保护罩，9、连接杆，10、T形连接头，11、滑槽，12、第一连接件连接，13、第二连接件连接，14、第三连接件连接，15、物品，51、凝胶层，52、阳极板，53、阴极板，54、导线孔，55、导线。

具体实施方式

结合附图对本发明具体方案具体实施例作进一步的阐述。

图1所示，PVC凝胶薄膜电场响应原理，凝胶材料在电场中像阳极蠕动凝聚。

如图2-4所示，为机械手具有二指的实施例，如图5所示为机械手具有三指的实施例，均具有以下结构。

一种机械手，包括凝胶驱动器、抓持部1、支撑部2及定位调节导轨3，所述凝胶驱动器外侧固定有支撑部2，所述凝胶驱动器内侧固定有抓持部1，所述定位调节导轨3与支撑部2的上部滑动连接，若干所述支撑部2沿定位调节导轨3调节间距，若干所述抓持1部通过凝胶驱动器调节抓持1部之间的距离。所述定位调节导轨3上部的中央设有外部链接机构4。其中二指机械手的定位调节导轨3为直轨，三指机械手的位调节导轨3为Y形轨，多指机械手的位调节导轨3根据需求进行相适应的变换。

所述凝胶驱动器包括主体5、电极导线6、驱动器连接板7，所述主体5为多层的层叠结构，所述主体5前后设有驱动器连接板7，所述主体5侧面设有电极导线6。

所述凝胶驱动器外设有驱动器保护罩8。驱动器保护罩多为适配凝胶驱动器的外形所设置。

所述抓持部1通过连接杆9与凝胶驱动器连接，所述连接杆9的末端接触凝胶驱动器的主体5。所述连接杆9一端穿过驱动器保护罩8及前侧的驱动器连接板7与主体5连接。

所述支撑部2上部为T形连接头10，所述定位调节导轨3设有与T形连接头10相适配的滑槽11，所述支撑部2与定位调节导轨3之间通过第一连接件连接12。

所述支撑部2与凝胶驱动器通过第二连接件13固定连接。

所述驱动器保护罩8与支撑部2之间通过第三连接件14连接。

所述第一连接件连接12、第二连接件13、及第三连接件14为螺栓或者螺钉，不限于该链接方式。

所述抓持部1为片状结构。各种形状的片状结构方便抓持物品15。

凝胶驱动器为环状套筒形，或者是任何试用于所要抓取物品的形状。通电让凝胶驱动器收缩，套筒的直径变大，然后套入工件(比如柱状的工件)，然后去掉电压或者去掉部分电压，使抓持部1与工件壁接触夹紧，从而提取移动工件。本发明还可以通过调节PVC/CPVC与增塑剂的配比，从而调整驱动器的刚度去适应不同材料和硬度的工件。比如可以通过调节配比把驱动器做到类似于果冻一样的柔软度，去夹持特别柔软的东西。

本发明结构可以通过调节电压去除的强度(如50％去除，或100％去掉电压(此时产生最大压力))去适用不同材质和硬度的工件，还可以通过凝胶驱动器的形状设置去适用不同形状，以及可以通过单独调控部分手指关节的驱动器去适用形状等。

多重调节方式使得机械手高度拟人化，抓取范围广、精准度高，抓取灵活。

主体5包括多层凝胶层51，所述凝胶层51之间设有金属电极，所述金属电极包括阳极板52和阴极板53，所述阳极板52和阴极板53交错排列；所述阳极板52和阴极板53的一侧均开设有多个个导线孔54，多个所述阳极板52/阴极板53的导线孔54方向一致，所述导线55通过导线孔54分别将阳极板52或阴极板53从底端到顶端串联。

实施例一、

如图6、图7所示，每个所述阳极板52和阴极板53的导线孔54有三个，导线55通过导线孔54分别将所述阳极板52或阴极板53从底端到顶端呈S形串联。

实施例二、

如图8、图9所示，每个所述阳极板52和阴极板53的导线孔54有三个，相邻两层的阳极板2或阴极板53的导线55呈米字形。导线55通过导线孔54在阳极板52或阴极板53之间串联，串联后两层阳极板52或阴极板53呈米字型。该串联方式绕线方式形成多个三角结构，更稳固。

实施例三、

如图7、图8所示，每个所述阳极板52和阴极板53的导线孔54有三个，相邻两层的阳极板52或阴极板53的导线55呈栅格形。导线55通过导线孔54在阳极板52或阴极板53之间串联，串联后两层阳极板52或阴极板53呈栅格形。该串联方式绕线方式使得上下两层之间的导线孔54受力均匀，使得结构更稳固。

导线55穿线方式及导线孔54的数量不局限于上述所举的实施例，本发明凝胶驱动器只需要正极和负极两根导线55，通过串联的方式将多层结构稳固在一起，大大提高了整稳定度及质量。

所述金属电极为网状金属电极。

另外的，所述金属电极为带有柱状凸起的金属平板，所述柱状凸起在金属平板上均匀分布。因为凝胶只向阳极蠕动变形，所以可以在阳极上改变，采用有网孔的网状电极，以及在平板电极上有均匀分布的凸台(柱状，球状，形状不规则凸台)的电极，这样施加电压后凝胶就可以变形进入空隙部分，从而厚度变化，从而驱动器整体厚度变化，实现功能。

或者，凝胶直接做成均匀凹凸状时，如整体波浪形，或凝胶薄膜上有均匀分布的凸台(柱状，球状，形状不规则凸台)时，阳极电极也可以使用平板电极，这样施加电压后，凝胶阳极侧的凸台发生蠕动变形，导致凝胶整体厚度变化，从而驱动器厚度变化，实现功能。

也可以凝胶和电极都有凸台，两者结合一样有效果。

再或者，所述金属电极为树脂编织的网状电极，所述网状电极表面镀有导电金属层。在不影响性能的前提下大大降低电极质量以及凝胶驱动器的整体质量。

再或者，所述金属电极为树脂材料的导电电极，所述导电电极为网状电极或带有凸台的电极，所述树脂电极本身属于导电材料或表面镀有导电材料层。

阴极板53采用导电性金属箔片或树脂镀导电层的薄膜电极等，厚度可以是数微米到数百微米。

所述凝胶驱动器凝胶层可采用PVC(聚氯乙烯)或者CPVC(氯化聚氯乙烯)材料，Polymenthyl methacrylate(聚甲基丙烯酸甲酯),polyurethane(聚亚安酯),polystyrene(聚苯乙烯),polyvinyl acetate(聚乙酸乙烯酯),PA6(尼龙6)，PVA(polyvinyl alcohol，聚乙烯醇),polycarbonate(聚碳酸酯),polyethylene terephthalate(PET，聚对苯二甲酸乙二醇酯),polyacrylonitrile(聚丙烯腈),silicone(硅树脂)等凝胶化后会产生电致变形的诱电材料。

凝胶材料所用的增塑剂：除DBA(已二酸二正丁酯)以外，还增加如DMA(二甲基乙酰胺),DES(癸二酸二乙酯)，DEA(二乙醇氨)，DOS(癸二酸二辛酯)，DOA(己二酸二辛酯),DMP(邻苯二甲酸二甲酯),DBP(邻苯二甲酸二丁酯),DOP(邻苯二甲酸二辛酯),DEHP(邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯等其他有类似功效的增塑剂。

本发明还可以通过调节凝胶主体材料(如PVC，CPVC等)与增塑剂的配比为1：1至1:9。

所述阳极板52和阴极板53也可采用柔性导电电极，如高分子材料电极，导电硅脂(硅油与碳颗粒混合物)电极，导电凝胶电极(凝胶与碳及导电金属颗粒混合物)，石墨烯薄膜电极，金属薄膜电极等，厚度为数微米～数百微米。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种机械手，其特征在于，包括凝胶驱动器、抓持部、支撑部及定位调节导轨，所述凝胶驱动器外侧固定有支撑部，所述凝胶驱动器内侧固定有抓持部，所述定位调节导轨与支撑部的上部滑动连接，若干所述支撑部沿定位调节导轨调节间距，若干所述抓持部通过凝胶驱动器调节抓持部之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述凝胶驱动器包括主体、电极导线、驱动器连接板，所述主体为多层的层叠结构，所述主体前后设有驱动器连接板，所述主体侧面设有电极导线。

3.根据权利要求1或2所述的一种机械手，其特征在于，所述凝胶驱动器外设有驱动器保护罩。

4.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述抓持部通过连接杆与凝胶驱动器连接，所述连接杆的末端接触凝胶驱动器的主体，所述主体为层叠结构，所述主体前后设有驱动器连接板，所述主体侧面设有电极导线。

5.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述支撑部上部为T形连接头，所述定位调节导轨设有与T形连接头相适配的滑槽，所述支撑部与定位调节导轨之间通过第一连接件连接。

6.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述支撑部与凝胶驱动器通过第二连接件固定连接。

7.根据权利要求3所述的一种机械手，其特征在于，所述驱动器保护罩与支撑部之间通过第三连接件连接。

8.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述定位调节导轨上部的中央设有外部链接机构。

9.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述抓持部为片状结构。

10.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，凝胶驱动器为环状套筒形。