CN110480673A - 一种磁流变液可变刚度柔性夹爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁流变液可变刚度柔性夹爪，包括变刚度单元、安装底座、多根软体夹爪、磁流变液源和控制系统，变刚度单元用于为软体夹爪提供外加磁场，安装底座包括固定连接的上底座和下底座，多根软体夹爪固定在安装座上，与控制系统电联接的磁流变液源为所软体夹爪的内部空腔提供磁流变液。本发明的磁流变液可变刚度柔性夹爪具有响应速度快、机械结构简单，能够很好的适应被抓物体表面的形状以及适用较大质量范围的工件，具有较好的通用性等优点。

Description

一种磁流变液可变刚度柔性夹爪

技术领域

本发明涉及夹爪设计技术领域，特别是涉及一种磁流变液可变刚度柔性夹爪。

背景技术

随着现代制造行业的飞速发展，制造业产品种类急剧增多，而每种产品批量的规模在减小，其生命周期在不断缩短。传统的适用于大批量生产的专用夹爪急需更新，替换为适用于中小批量生产模式的通用型夹爪。

传统的吸盘式和机械夹爪无法具有较高的多工件通用性和复杂工件结构适应性，因此需要一种适用于多种工件结构夹紧抓取、结构简单的柔性夹爪。并且当前越来越多的新工艺、新材料应用于机械制造领域，磁流变液以其较快的响应速度、动态范围大、能耗低等优点成为最有发展前景的智能材料之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁流变液可变刚度柔性夹爪，以解决上述现有技术存在的问题，具有响应速度快、机械结构简单，能耗低，鲁棒性良好等优点，较大的刚度变化范围使其具有较高的多工件通用性，而超弹性硅胶质地使其同时具有复杂工件结构适应性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种磁流变液可变刚度柔性夹爪，包括变刚度单元、安装底座、多根软体夹爪、磁流变液源和控制系统，所述变刚度单元用于为所述软体夹爪提供外加磁场，所述安装底座包括固定连接的上底座和下底座，多根所述软体夹爪固定在所述安装座上，与所述控制系统电联接的所述磁流变液源为所软体夹爪的内部空腔提供磁流变液。

优选地，所述变刚度单元为电磁铁，所述电磁铁通过电流大小控制磁场，进而影响磁流变液的流动屈服应力。

优选地，所述上底座和下底座上均匀开有用于将两个底座固定连接的螺纹孔，所述电磁铁通过电磁铁固定孔螺纹连接安装在所述上底座上，所述下底座开有软体夹爪安装槽，所述软体夹爪过盈配合镶嵌在安装槽内。

优选地，所述磁流变液源包括磁流变液储存单元、通液管和电磁阀，所述磁流变液储存单元用于为所述软体夹爪的内部空腔提供流体，所述电磁阀与所述通液管的一端连接，所述通液管用于引导流体流入所述软体夹爪的内腔。

优选地，所述软体夹爪包括硅胶弹性层、限制层和内部空腔，使用3D打印，将超弹性硅胶注入模具成型，再在每根夹爪模型底部加封一层所述限制层，模型的内部为用于充液的内部空腔。

优选地，所述限制层由所述硅胶弹性层底部加封一层纤维限制层，再用一层所述硅胶弹性层密封组成。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的磁流变液可变刚度柔性夹爪，具有较快的响应速度、机械结构简单，动态范围大，能耗低，鲁棒性良好等优点，具有较高的多工件通用性和复杂工件结构适应性。同时其刚度变化范围大，较一般气动柔性夹爪，能够夹取的质量范围更广。且其受环境干扰小，具有良好的隔振效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为磁流变液可变刚度柔性夹爪的总体结构示意图；

图2为上底座结构示意图和A向剖视图；

图3为下底座结构示意图和A向剖视图；

图4为软体夹爪结构示意图和A向剖视图；

图5为软体夹爪限制层结构示意图和A向剖视图；

图6为磁流变液可变刚度柔性夹爪的控制流程示意图；

其中，1-电磁铁；2-上底座；3-下底座；4-软体夹爪；5-电磁阀；6-上下底座螺纹孔；7-电磁铁固定孔；8-软体夹爪安装槽；9-限制层；10-硅胶弹性层；11-纤维限制层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种磁流变液可变刚度柔性夹爪，以解决上述现有技术存在的问题，具有响应速度快、机械结构简单，能耗低，鲁棒性良好等优点，较大的刚度变化范围使其具有较高的多工件通用性，而超弹性硅胶质地使其同时具有复杂工件结构适应性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-6所示，本发明提供一种磁流变液可变刚度柔性夹爪，包括变刚度单元、安装底座、多根软体夹爪4和控制系统；变刚度单元为柔性夹爪4提供外加磁场，变刚度单元通过改变磁场大小来实现夹爪刚度的变化；安装底座包括固定连接变刚度单元和软体夹爪4的上下底座；多根软体夹爪4可实现夹爪的弯曲以及快速变刚度；控制器与磁流变液源电连接。

工作时，控制器控制磁流变液源向多根软体夹爪4内通流体，夹爪向内弯曲伸展接近操作面；一旦接触到操作面位置即可适应其表面形状，电磁铁5通电产生外部磁场，软体夹爪4刚度变化，沿着执行轴对操作面施加力，尝试将其抓取，在抓取过程中实时将力反馈给控制器，以免损坏工件结构。

进一步地，变刚度单元包括电磁铁1。电磁铁1通过电流大小控制磁场，从而影响磁流变液的流动屈服应力，实现软体夹爪4的刚度变化；

安装底座包括上底座2和下底座3。上下底座2、3均匀开有螺纹孔6，用于上下底座之间的固定连接。电磁铁1通过电磁铁固定孔7螺纹连接安装在上底座2；下底座开有软体夹爪安装槽8，软体夹爪4通过过盈配合镶嵌在下底座3中，以保证密闭性；在上底座2开通孔用于布置通液管，其一端穿过软体夹爪安装槽8，通向软体夹爪4的内部空腔，另一端与电磁阀5连接；

磁流变液可变刚度柔性夹爪的多根软体夹爪4可通过电磁阀1的开闭调整内部流体量，实现不同角度的变形弯曲；也可通过电磁铁1调整外部磁场，从而实现刚度的连续变化，响应时间短。使用3D打印，将超弹性硅胶注入模具成型制成软体夹爪4。为实现其单侧向内扩展弯曲，软体夹爪4的组成包括硅胶弹性层10、限制层9以及内部空腔，其中限制层9由硅胶弹性层10底部加封一层纤维限制层11，再用一层硅胶弹性层10密封组成。当向内部腔室充液时，内部压力使得软体夹爪4膨胀变形，此时内侧在纤维限制层的作用下无法伸长，因此使得夹爪向内弯曲变形。

磁流变液可变刚度柔性夹爪的多根软体夹爪4具有软着陆特性，可很好的适应不同复杂外形结构的零部件。当接触操作面后，电磁铁1通电，夹爪4内部腔室均匀流体黏度迅速变化，夹爪刚度增加，夹紧零部件。当去掉外部磁场时，恢复为流形，放置夹取的物体。

磁流变液源包括磁流变液储存单元、磁流变液柔性夹爪通液管和电磁阀5；磁流变液储存单元用于为柔性夹爪的内部腔室提供流体；控制器与电磁阀5电连接。

根据图6的控制流程示意图，其工作方式：控制器控制磁流变液源向多根软体夹爪4内通流体，夹爪向内弯曲伸展接近操作面；一旦接触到操作面位置即可适应其表面形状，电磁铁1通电产生外部磁场，软体夹爪4刚度变化，沿着执行轴对操作面施加力，尝试将其抓取，并实时将力反馈给控制器，以免损坏工件结构。

本发明提供的磁流变液可变刚度柔性夹爪，磁流变液储存单元用于为柔性夹爪4的内部腔室提供流体，在无外部磁场作用下，磁流变液为均匀流体，夹爪内部液体容量越多，压力越大，夹爪弯曲变形越明显。柔性夹爪4内侧加封一层纤维限制层11，可实现软体手的单侧延伸。超弹性硅胶材质的柔性夹爪4使其具有抓取对象适应性，一旦接触到易碎器件表面，将力实时反馈给控制器，调整电磁铁的外加磁场。因磁流变液的快速响应能力，可迅速调整夹爪表面抓握力，安全性强，工作效率高，同时刚度变化范围大，针对不同工件都具有较好的通用性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种磁流变液可变刚度柔性夹爪，其特征在于：包括变刚度单元、安装底座、多根软体夹爪、磁流变液源和控制系统，所述变刚度单元用于为所述软体夹爪提供外加磁场，所述安装底座包括固定连接的上底座和下底座，多根所述软体夹爪固定在所述安装座上，与所述控制系统电联接的所述磁流变液源为所软体夹爪的内部空腔提供磁流变液。

2.根据权利要求1所述的磁流变液可变刚度柔性夹爪，其特征在于：所述变刚度单元为电磁铁，所述电磁铁通过电流大小控制磁场，进而影响磁流变液的流动屈服应力。

3.根据权利要求2所述的磁流变液可变刚度柔性夹爪，其特征在于：所述上底座和下底座上均匀开有用于将两个底座固定连接的螺纹孔，所述电磁铁通过电磁铁固定孔螺纹连接安装在所述上底座上，所述下底座开有软体夹爪安装槽，所述软体夹爪过盈配合镶嵌在安装槽内。

4.根据权利要求1所述的磁流变液可变刚度柔性夹爪，其特征在于：所述磁流变液源包括磁流变液储存单元、通液管和电磁阀，所述磁流变液储存单元用于为所述软体夹爪的内部空腔提供流体，所述电磁阀与所述通液管的一端连接，所述通液管用于引导流体流入所述软体夹爪的内腔。

5.根据权利要求1所述的磁流变液可变刚度柔性夹爪，其特征在于：所述软体夹爪包括硅胶弹性层、限制层和内部空腔，使用3D打印，将超弹性硅胶注入模具成型，再在每根夹爪模型底部加封一层所述限制层，模型的内部为用于充液的内部空腔。

6.根据权利要求5所述的磁流变液可变刚度柔性夹爪，其特征在于：所述限制层由所述硅胶弹性层底部加封一层纤维限制层，再用一层所述硅胶弹性层密封组成。