CN113681540A - 基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置及制备方法 - Google Patents

基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，包括抓取部上盖体和下底座；所述抓取部夹装于上盖体和下底座之间，沿上盖体边缘均匀分布，并设有若干段伸出端；所述抓取部主体为PVC gel驱动部，边缘伸出端下表面包括一层黏附阵列；所述上盖体下表面与PVC gel驱动部对应位置铺设有上部电极，所述下底座与PVCgel驱动部对应位置铺设有下部电极，所述上部电极和下部电极由导线连接供电；本发明还公开了采用固化法脱模制备PVC gel驱动部的具体步骤，基于制备的PVC gel符合材料，当施加正向电压时，PVC gel驱动部向下弯曲，实现加紧物件效果，当施加反向电压时，PVC gel驱动部向上弯曲，松开物件；黏附阵列还可以提供黏附力，用于抓取较大平面的物件。

Description

基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置及制备方法
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，主要涉及一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置及制备方法。
背景技术
在过去的几十年中，壁虎由于其出色的攀爬能力一直是研究的重点，众多学者在制造微纳米结构作为静态干黏附方面已经取得了巨大的成就，然而动态可切换和主动可控的黏附仍然是一个巨大的挑战。许多学者致力于采用液晶弹性体、离子聚合物和金属复合物等新型驱动材料制作动态可切换和主动可控的黏附结构(Shahsavan,H.,Salili,S.M.,Jákli,A.,et al.Advanced Materials,2017,29,1604021(7pp))、(He QS,Liu ZG,Yin GX,et al.Smart Materials and Structures,2020,29,045013(13pp))，但目前的柔性抓取装置并未有效地采用动态切换和主动可控的黏附，以实现物件的抓取和释放。
发明内容
发明目的：聚氯乙烯凝胶(PVC gel)作为一种新型电活性聚合物材料，由于其较大的应变和相对较快的响应速度而备受人们青睐。本发明基于将驱动与黏附功能利用同一种材料进行结合的目的，提供了一种基于PVC的电活性肌肉驱动可转换复合胶粘剂 (PVC gel复合材料)，以模仿壁虎脚趾的肌肉运动，我们将PVC gel复合材料进行阵列和组装，制作了一款柔性抓取装置。该装置可以通过调节电压来实现主动的可切换的黏附力，从而模仿壁虎脚趾的附着和脱附运动。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，其特征在于，包括抓取部、上盖体和下底座；所述抓取部夹装于上盖体和下底座之间，沿上盖体边缘均匀分布，并设有若干段伸出端；所述抓取部主体为PVC gel驱动部，边缘伸出端下表面包括一层黏附阵列；所述上盖体下表面与PVC gel驱动部对应位置铺设有上部电极，所述下底座与 PVC gel驱动部对应位置铺设有下部电极，所述上部电极和下部电极由导线连接供电。
进一步地，所述下底座包括位于中心的微孔道和“米”字型凹槽；所述微孔道所述凹槽用于放置各段PVC gel驱动部，下部电极位于凹槽底面。
进一步地，所述PVC gel驱动部伸出端厚度为0.5mm～1mm，所述黏附阵列表面为圆柱形微柱，微柱直径为10μm～200μm，表面微柱高度为10μm～400μm；所述凹槽深度为1mm，宽度为5mm。
进一步地，所述上盖体顶端通过连接微柱与法兰盘壳体相连；所述法兰盘壳体内侧设有用于和上部机械臂末端配合的卡紧扣；所述上盖体顶端还设有用于伸出导线的通孔。
进一步地，所述上盖体、连接微柱和法兰盘壳体采用绝缘光固化材料通过3D打印一体成型制造；所述下底座采用绝缘光固化材料由3D打印制作。
一种制备上述带有黏附阵列的PVC gel驱动部的方法，包括以下步骤：
步骤S1、制备黏附阵列；
以15:1.75:1的质量比称取四氢呋喃、已二酸二丁酯和PVC粉末，将四氢呋喃和已二酸二丁酯放入锥形瓶内充分搅拌后加入PVC粉末，搅拌36～48h后倒入放有硅片的模具中，进行抽真空处理，随后在60～64℃下固化，获得带有圆柱形微柱的黏附阵列；
步骤S2、制备PVC gel驱动材料溶液；
以15:9:1的质量比称取四氢呋喃、已二酸二丁酯和PVC粉末，将四氢呋喃和已二酸二丁酯放入锥形瓶内充分搅拌后加入PVC粉末，搅拌36～48h后取出；
步骤S3、获取带有黏附阵列的PVC gel驱动部；
取出所述带有圆柱形微柱的黏附阵列，将带有硅片的部分保留，在硅片上方倒入PVC gel驱动材料溶液，在室温下固化36～48h；对固化好的PVC gel复合材料进行裁剪，获得PVC gel复合材料样品。
本发明提供的基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，通过上部机械臂的驱动，带动下方PVC gel柔性抓取装置移动，同时通过在PVC gel驱动部上下两端施加电信号刺激PVC gel弯曲，从而带动下方黏附阵列与被黏附物件产生紧密接触，以实现抓取动作。本发明提供的抓取装置具备以下有益效果：
(1)具有多种抓取模式。在抓取较为小型的物件时，可以通过施加电信号刺激PVCgel弯曲成一定角度后进行抓取；抓较大的平面型物件时，通过下方黏附阵列产生黏附力进行抓取。柔性抓取装置还可以实现带有一定弧度的非平面型物件的抓取，如半球形封头等。
(2)本发明的基于PVC gel驱动黏附一体化柔性抓取装置结构简单，操作灵活，在运行过程中不易发生脱落，能够保证较好的稳定性，由于其表面为柔性，相比于传统的机械臂，其不会损伤物件表面的结构，同时本发明的柔性抓取装置可以实现多种抓取模式，能够适应不同的环境。
附图说明
图1是本发明提供的基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置结构示意图；
图2是本发明提供的PVC gel驱动部结构示意图；
图3是本发明提供的上盖体与法兰盘结构连接示意图；
图4是本发明提供的下底座结构示意图。
附图标记说明
1-抓取部；2-上盖体；3-下底座；4-下部电极；5-黏附阵列；6-PVC gel驱动部；7-法兰盘壳体；8-卡紧扣；9-连接微柱；10-上部电极；11-通孔；12-微孔道；13-凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提供了一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，具体结构如图1所示。装置主体包括抓取部1、上盖体2和下底座3。抓取部1夹装于上盖体2和下底座3之间，沿上盖体2边缘均匀分布，并设有若干段伸出端。抓取部1主体为PVC gel 驱动部6，边缘伸出端下表面包括一层黏附阵列5。上盖体2下表面与PVC gel驱动部 6对应位置铺设有上部电极10，下底座3与PVC gel驱动部6对应位置铺设有下部电极 4，上部电极10和下部电极4由导线连接供电。
如图2所示为本发明的核心抓取部1结构示意图。抓取部1包括黏附阵列5和PVCgel驱动部6。本实施例中PVC gel驱动部6厚度为0.5mm～1mm，黏附阵列5表面为圆柱形微柱，微柱直径为10μm～200μm，表面微柱高度为10μm～400μm。
上述带有黏附阵列5的PVC gel驱动部采用固化法制备而成，具体如下：
步骤S1、制备黏附阵列；
以15:1.75:1的质量比称取四氢呋喃、已二酸二丁酯和PVC粉末，将四氢呋喃和已二酸二丁酯放入锥形瓶内，以1500rpm的转速充分搅拌后加入PVC粉末，搅拌48h后倒入放有硅片的模具中，进行抽真空处理，随后在64℃下固化处理24h。获得带有圆柱形微柱的黏附阵列；
步骤S2、制备PVC gel驱动材料溶液；
以15:9:1的质量比称取四氢呋喃、已二酸二丁酯和PVC粉末，将四氢呋喃和已二酸二丁酯放入锥形瓶内，以1500rpm的转速充分搅拌后加入PVC粉末，搅拌36～48h后取出；
步骤S3、获取带有黏附阵列的PVC gel驱动部；
取出所述带有圆柱形微柱的黏附阵列，将带有硅片的部分保留，在硅片上方倒入PVC gel驱动材料溶液，在室温下固化36～48h；对固化好的PVC gel复合材料进行裁剪，获得PVC gel复合材料样品。
上述获得的PVC gel驱动部在外部施加正向电压时向下弯曲，而带动下层的黏附阵列5与物件接触或驱动其弯曲以夹持物件，施加反向电压后，PVC gel反向弯曲，可以实现物件的释放。
为了实现上述物件夹持效果，本发明对上盖体2进行了进一步设计，如图3所示。上盖体2顶端通过连接微柱9与法兰盘壳体7相连。法兰盘壳体7内侧设有用于和上部机械臂末端配合的卡紧扣8。法兰盘壳体7用于与机械臂末端进行配合，并提供一定的支撑。上盖体2顶端还设有用于伸出导线的通孔11。
同样的，本发明对下底座3进行了如下设计，如图4所示。下底座3包括位于中心的微孔道12和“米”字型凹槽13。本实施例中凹槽13有8个，用于放置PVC gel驱动部，深度为1mm，宽度为5mm。微孔道12设置为4组，用于铺设与下部电极4连接的导线。下部电极4位于凹槽13底面。
上述上盖体2、连接微柱9和法兰盘壳体7采用绝缘光固化材料通过3D打印一体成型制造。下底座3采用绝缘光固化材料由3D打印制作。上盖体2和下底座3之间通过胶粘剂固定。
本发明提供的驱动黏附一体化柔性抓取装置具有多种抓取模式，在抓取较小的平面型物件时，如小型PCB板、小型硅片等，可以通过施加电信号刺激PVC gel弯曲成一定角度后进行抓取；抓取较大的平面型物件时，如大型硅片、载玻片、大型PCB板等，通过下方黏附阵列产生黏附力进行抓取；所述柔性抓取装置还可以实现非平面物件的抓取，如半球形的封头、带有一定弧度的小型容器等，可以通过下方黏附阵列与物件接触产生黏附力进行抓取。
以上所述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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，其特征在于，包括抓取部(1)、上盖体(2)和下底座(3)；所述抓取部(1)夹装于上盖体(2)和下底座(3)之间，沿上盖体(2)边缘均匀分布，并设有若干段伸出端；所述抓取部(1)主体为PVC gel驱动部(6)，边缘伸出端下表面包括一层黏附阵列(5)；所述上盖体(2)下表面与PVC gel驱动部(6)对应位置铺设有上部电极(10)，所述下底座(3)与PVC gel驱动部(6)对应位置铺设有下部电极(4)，所述上部电极(10)和下部电极(4)由导线连接供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，其特征在于，所述下底座(3)包括位于中心的微孔道(12)和“米”字型凹槽(13)；所述微孔道(12)所述凹槽(13)用于放置各段PVC gel驱动部(6)，下部电极(4)位于凹槽(13)底面。
3.根据权利要求2所述的一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，其特征在于，所述PVC gel驱动部(6)厚度为0.5mm～1mm，所述黏附阵列(5)表面为圆柱形微柱，微柱直径为10μm～200μm，表面微柱高度为10μm～400μm；所述凹槽(13)深度为1mm，宽度为5mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，其特征在于，所述上盖体(2)顶端通过连接微柱(9)与法兰盘壳体(7)相连；所述法兰盘壳体(7)内侧设有用于和上部机械臂末端配合的卡紧扣(8)；所述上盖体(2)顶端还设有用于伸出导线的通孔(11)。
5.根据权利要求4所述的一种基于PVC gel的驱动黏附一体化柔性抓取装置，其特征在于，所述上盖体(2)、连接微柱(9)和法兰盘壳体(7)采用绝缘光固化材料通过3D打印一体成型制造；所述下底座(3)采用绝缘光固化材料由3D打印制作；所述上盖体(2)和下底座(3)之间通过胶粘剂固定。
6.一种制备权利要求1-5中任一项所述带有黏附阵列的PVC gel驱动部的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、制备黏附阵列；
以15:1.75:1的质量比称取四氢呋喃、已二酸二丁酯和PVC粉末，将四氢呋喃和已二酸二丁酯放入锥形瓶内充分搅拌后加入PVC粉末，搅拌36～48h后倒入放有硅片的模具中，进行抽真空处理，随后在60～64℃下固化，获得带有圆柱形微柱的黏附阵列；
步骤S2、制备PVC gel驱动材料溶液；
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步骤S3、获取带有黏附阵列的PVC gel驱动部；
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1662349A (zh) * 2002-06-24 2005-08-31 松下电器产业株式会社 多关节驱动机构及其制造方法、使用该机构的把持手和机器人
KR20120001166A (ko) * 2010-06-29 2012-01-04 서울대학교산학협력단 전기활성고분자 구동기
CN102372041A (zh) * 2011-10-21 2012-03-14 南京航空航天大学 基于ipmc的仿壁虎主驱动式脚掌及驱动方式
CN109291042A (zh) * 2018-11-15 2019-02-01 中国地质大学（武汉） 三维多孔石墨烯型机器人灵巧手
CN109895131A (zh) * 2019-03-27 2019-06-18 江苏大学 一种基于磁编程温敏水凝胶的磁控软体抓取机器人
CN110394827A (zh) * 2019-07-01 2019-11-01 浙江大学 一种多电极驱动的机械手指设计方法
CN112106213A (zh) * 2018-03-15 2020-12-18 皇家飞利浦有限公司 基于电活性材料的致动器设备
CN112919129A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 南京航空航天大学 仿生黏脱附装置、仿生干黏附材料及制备工艺
CN113105652A (zh) * 2021-03-26 2021-07-13 东南大学 一种梯度水凝胶驱动器的制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1662349A (zh) * 2002-06-24 2005-08-31 松下电器产业株式会社 多关节驱动机构及其制造方法、使用该机构的把持手和机器人
KR20120001166A (ko) * 2010-06-29 2012-01-04 서울대학교산학협력단 전기활성고분자 구동기
CN102372041A (zh) * 2011-10-21 2012-03-14 南京航空航天大学 基于ipmc的仿壁虎主驱动式脚掌及驱动方式
CN112106213A (zh) * 2018-03-15 2020-12-18 皇家飞利浦有限公司 基于电活性材料的致动器设备
CN109291042A (zh) * 2018-11-15 2019-02-01 中国地质大学（武汉） 三维多孔石墨烯型机器人灵巧手
CN109895131A (zh) * 2019-03-27 2019-06-18 江苏大学 一种基于磁编程温敏水凝胶的磁控软体抓取机器人
CN110394827A (zh) * 2019-07-01 2019-11-01 浙江大学 一种多电极驱动的机械手指设计方法
CN112919129A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 南京航空航天大学 仿生黏脱附装置、仿生干黏附材料及制备工艺
CN113105652A (zh) * 2021-03-26 2021-07-13 东南大学 一种梯度水凝胶驱动器的制备方法

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