CN113352344A - 一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手，包括箱体、伸缩杆、基底板和柔性静电吸附膜。本发明可以自动适应被吸附物体的宏观外形以及被动贴合其表面，解决现有静电吸附软体抓手不能用于复杂表面和复杂形状物体的抓取，同时抓手采用模块化制作，解决了因为静电吸附膜击穿或电老化造成抓手报废等问题，降低了制作和维护成本。

Description

一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手

技术领域

本发明涉及静电吸附抓手技术领域，特别涉及一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手。

背景技术

目前的静电吸附技术在抓手领域的应用主要包括刚性的静电吸盘和静电吸附软体抓手。静电吸盘只能用于吸附平整表面的物体，如布料和硅晶盘等；而静电吸附软体抓手将静电吸附膜附在软体抓手末端手指上，或者和其他软体驱动方式结合共同作为软体抓手手指，可以用于抓取易碎、易破环的物体，如玻璃和水果等。

然而现有静电吸附抓手对于复杂表面和复杂形状的物体抓取性能比较差，而且一般只能抓取特定的物体。随着市场对软体抓手的需求和要求越来越高，现有的技术越来越无法满足工业需求。

由于静电吸附存在介电弛豫问题，特别是对于直流电压驱动的静电吸附技术，吸附在被吸附物体时，需要经过较长时间才能和被吸附物体脱离。

由于柔性静电吸附膜使用寿命不长，静电吸附膜电老化后其静电吸附力会极大减弱，使得整个软体抓手失去抓取功能。

传统的软体静电吸附抓手制作复杂，而且往往采用静电吸附膜和软体抓手一体式制作方法，不能实现模块化设计和制作。当电老化或者击穿后的静电吸附膜失去静电吸附功能后，会使得整个抓手失去抓取功能，造成制作和维护成本增高。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手，具有自动适应物体形状和被动贴合物体表面的特点，解决现有静电吸附软体抓手不能用于复杂表面和复杂形状物体的抓取，以及制作和维护成本高等问题。

(二)技术方案

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明提供如下技术方案：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手，它可以自动适应被吸附物体的宏观外形以及被动贴合其表面，解决现有静电吸附软体抓手不能用于复杂表面和复杂形状物体的抓取，以及制作和维护成本高等问题。

一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手包括箱体、阵列分布的伸缩杆、基底板和柔性静电吸附膜。

箱体包括顶盖、中层箱体I、中层箱体II、中层箱体III、底盖、锁定系统和轴承。各所述箱型结构通过螺钉连接；各所述箱体结构除顶盖以外设置有阵列布置的通孔结构；所述中层箱体I和中层箱体II设置有与各所述通孔同心的阵列布置的沉孔；所述轴承包括上轴承和下轴承；所述上轴承和下轴承分别与中层箱体I和中层箱体II的沉孔过渡配合；所述中层箱体II和中层箱体III在其通孔旁边布置有导向槽、左沉孔、右沉孔；所述左、右沉孔用于固定锁定系统，。

进一步地，所述上、下轴承与伸缩杆进行间隙配合，伸缩杆可以在行程内自由伸缩。

进一步地，所述伸缩杆的材料选用。

进一步地，所述各伸缩杆底部中心有一个螺纹孔。

进一步地，所述伸缩杆采用阶梯结构，顶部直径大于轴承内径，以限制伸缩杆的行程。

进一步地，所述伸缩杆轴向位置由锁定机构锁定；所述锁定机构布置在伸缩杆旁边。

进一步地，所述锁定机构包括销轴、复位轴、弧形外壳、弧形电磁铁和弧形橡胶层。所述销轴与中层箱体II、III的左侧沉孔间隙配合；所述复位轴与中层箱体3右侧沉孔间隙配合；所述弧形外壳与销轴间隙配合。

进一步地，所述复位轴采用永久磁铁材料；所述户型外壳材料为钢材。

进一步地，所弧形外壳、弧形电磁铁和弧形橡胶层按顺序同轴叠放胶接成整体；所述弧形外壳在初始位置时被复位轴吸附贴合。

进一步地，所述弧形电磁铁通过导线外接电源。所述导线布置在中层箱体II、III的导向槽内。

进一步地，所述基底板包括顶层螺钉、中层可变形柔性结构和底层平板。所述顶层螺钉和底层平板选择亚克力材料；所述中层可变性柔性结构内部中空，使底层平板可以全方位倾斜；各所述结构采用胶接粘连。

进一步地，所述顶层螺钉和伸缩杆顶部螺纹孔进行连接固定。

进一步地，所述柔性静电吸附膜包括基底层、柔性电极、覆盖层和导线。所述基底层为薄膜材料；所述柔性电极分为正负两极；所述导线为正极导线和负极导线；所述正负两极分别与正极导线和负极导线连接；所述正、负极导线另一端分别与外部高压电源的正负极连接；所述正、负两极附在基底层表面；所述基底层为圆形；所述覆盖层均匀涂敷在柔性电极上面。

进一步地，所述基底层与基底板的底层平板采用交接粘连。

本发明在使用时：锁定系统的弧形电磁铁处于断电状态与复位杆贴合，此时伸缩杆可以在轴向自由移动。将抓手靠近物体，阵列分布的伸缩杆会自动适应物体外形，而且在可变性柔性结构的作用下，每个静电吸附膜都可以最大程度的贴合物体表面。然后开通静电吸附膜外部高压电源，静电吸附膜会产生静电吸附力吸附在物体表面。经过一段充电时间后，在提升被吸附物之前，先开通弧形电磁铁的外部电源。由于电磁铁与伸缩杆产生的磁力更大，锁定片会脱离复位杆与伸缩杆紧紧贴合。而电磁铁与伸缩杆之间紧紧压着弧形橡胶层，可以产生足够大的轴向摩擦力限制伸缩杆的轴向移动，进而起到锁定伸缩杆的功能。这样，该抓手就可以适应并贴合物体表面进行吸附抓取。等锁定完成以后便可以提起被吸附物。需要释放物体时，先将物体至于平面上，然后将高压电源和电磁铁电源同时断电。此时抓手失去形锁定状态，经过一段时间后，当静电吸附力小于被吸附重力时，提起抓手便可释放被吸附物体。

本发明的有益效果为：本发明采用阵列分布的可伸缩杆配合可变形柔性结构让静电吸附膜最大程度地适应及贴合被吸附物表面，解决了吸附式抓手难以吸附复杂物体的难题。同时采用形锁定机构让静电吸附膜在抓手提取物体时始终保持与物体表面贴合，而在释放物体时，抓手失去形锁定状态，静电吸附膜不能与物体表面完全贴合，静电吸附力会大大削弱，达到快速释放物体的效果。此外，静电吸附膜与抓手主体结构不是整体制造的，当静电吸附膜发生击穿或者电老化后，可以把跟换相应的基地板，而不会使整个抓手失去静电吸附的功能，进而降低制作和维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的整体结构示意图；

图2为箱体的安装关系示意图；

图3为图2中I处的放大图；

图4为中层箱体III的结构示意图；

图5为锁定机构的结构示意图；

图6为锁定机构电磁铁内部电路示意图

图7为伸缩杆和基底板连接关系图以及基底板变形示意图；

图8为基底板机构结构示意图；

图9为静电吸附膜结构的爆炸示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-箱体11-顶盖，12-中层箱体I，13-中层箱体II，14-中层箱体III，14a-中层箱体III通孔，14b-中层箱体III左沉孔，14c-中层箱体III沉孔，14d-中层箱体III导向槽，14e-中层箱体III右沉孔，15-底盖，16-锁定系统，161-销轴、162-弧形外壳、163-弧形电磁铁，164-弧形橡胶层，，165-复位轴，17-轴承，171-上轴承、172-下轴承，2-伸缩杆，2a-限位轴，2b-配合轴，2c-底部螺纹孔，3-基底板，3a-顶层螺钉，3b-中层可变形柔性结构，3d-底层平板，4-柔性静电吸附膜，41-基底层，42-覆盖层，43-正电极，44-负电极，45-正极导线，46-负极导线。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手包括箱体1、阵列分布的伸缩杆2、基底板3和柔性静电吸附膜4。

如图2，图3和图4所示，所述箱体包括顶盖11、中层箱体I12、中层箱体II13、中层箱体III14、底盖15、锁定系统16和轴承17。所述顶盖11与中层箱体I12采用螺钉连接；所述中层箱体I12，中层箱体II13，中层箱体III14和底盖15采用螺钉连接；所述中层箱体I12，中层箱体II13，中层箱体III14和底盖15设置同轴阵列分布的通孔；所述中层箱体I12底部设置有沉孔，该沉孔与上轴承171过渡配合；所述中层箱体III14底部设置沉孔与下轴承172过渡配合；所述上轴承171和下轴承172内孔与伸缩杆2间隙配合,伸缩杆2可以在箱体1内部自由伸缩；所述中层箱体II13设置有槽，槽内设置有沉孔；所述中层箱体III14在通孔14a右侧设置有右侧沉孔14b，在通孔14a左侧设置有导向槽14d，在导向槽内设置有设置左侧沉孔14e；所述锁定机构16布置在中层箱体II13和中层箱体III14的通孔内。

如图5和图6所示，所述锁定系统16包括销轴161、弧形外壳162、弧形电磁铁163、弧形橡胶层164和复位轴165。所述销轴161与右侧沉孔14b过渡配合；所述复位轴165与右侧沉孔14e过渡配合；所述复位轴165材料为永久磁铁；所述弧形外壳162为钢材；所述弧形外壳162与销轴161间隙配合，所以弧形外壳162可以绕着销轴161自由转动；所述弧形外壳162，弧形电磁铁163和弧形橡胶层164采用胶接粘连；所述各弧形电磁铁163通过内部电路并联并布置在中层箱体III14的导向槽内，并于外部直流电源和开关串联；当直流电源断电时，锁定系统16处于初始位置，此时弧形外壳162被复位轴165的磁力吸住，弧形橡胶层164与伸缩杆2不接触。当直流电源通电时，实时系统16处于锁定状态，此时弧形电磁铁163产生磁场与伸缩杆2产生更大的磁力，使得弧形外壳161脱离复位轴165并向伸缩杆2转动，从而让弧形电磁铁163吸住伸缩杆2，两者之间压着弧形橡胶层164增加轴向摩擦力阻止伸缩杆2轴向移动。

如图7和图8所示，所述伸缩杆2为钢材；所述伸缩杆2顶部设有限位轴2a，用于限制伸缩杆2最大轴向位移；所述伸缩杆2中部为配和轴2b，与上轴承171和下轴承172间隙配合；所述伸缩杆2底部设有螺纹孔2c，与基底板3的顶部螺钉3a连接；所述基底板3由顶层螺钉3a，中层可变形柔性结构3b和底层平板3c胶接粘连构成；所述底层平板3c底部与静电吸附膜4胶接粘连；所述中层可变形柔性材料3b为硅胶材料；所述中层可变形柔性结构3b为上下对称的中空圆台结构，当底层平板3c受到外力时，可以全向倾斜让柔性静电吸附膜4可以最大限度的贴合被吸附物体的表面，以提高静电吸附力。

如图9所示，所述柔性静电吸附膜4由基底层41，覆盖层42，正电极43，负电极44，正极导线45和正极导线46构成。所述基底层41为PET薄膜材料；所述正电极43和负电极44材料为导电油墨，采用丝网印刷的方式附在基底层41表面；所述覆盖层42材料为硅胶层，采用均胶机均匀地涂敷在电极表面；所述正极导线46和负极导线46连接外部高压电源，为柔性静电吸附膜提供千伏静电压。当静电吸附膜通上千伏电压后，与静电吸附膜接触的物体会被极化，从而对外产生电性与静电吸附膜向吸附。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手，其特征在于：

包括箱体、伸缩杆、基底板、柔性静电吸附膜；

所述伸缩杆整列分布在箱体内；

所述箱体内部设有各所述伸缩杆的锁定机构；

所述基底板连接在各所述伸缩杆底部；

所述静电吸附膜连接在各所述基底板底部。

2.根据权利要求1所述的一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手，其特征在于：

所述箱体包括顶盖、中层箱体I、中层箱体II、中层箱体III、底盖、锁定系统和上、下轴承；

所述顶盖与中层箱体I采用螺栓连接；

所述中层箱体I，中层箱体II，中层箱体III和底盖设置同轴阵列分布的通孔；

所述中层箱体I和中层箱体III底部设置有沉孔，所述沉孔与上、下轴承过渡配合；

所述上轴承和下轴承内孔与各所述伸缩杆间隙配合；

所述中层箱体III在通孔左侧设置有导向槽。

3.根据权利要求1所述的一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手，其特征在于：

所述锁定系统布置在中层箱体II和中层箱体III通孔内部，位于伸缩杆旁边；

所述锁定机构利用电磁铁和永久磁铁的磁吸的方式控制锁定机构的锁定和释放状态，进而锁定伸缩杆的轴向位置；

所述锁定系统的内部电路布置在中层箱体III的导向槽内；

所述内部电路与外部直流电源连接。

4.根据权利要求1所述的一种自适应贴合物体表面的模块化静电吸附抓手，其特征在于：

所述伸缩杆底部设置有螺纹孔；

所述螺纹孔与基底板顶层螺钉连接；

所述基底板的中层为柔性可变形结构，可以根据物体表面调整贴合角度；

所述基底板底部为底层平板；

所述底层平板与柔性静电吸附膜粘连；

所述静电吸附膜与外部高压电源连接。

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