CN209868632U - 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 - Google Patents
一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 Download PDFInfo
- Publication number
- CN209868632U CN209868632U CN201920622475.2U CN201920622475U CN209868632U CN 209868632 U CN209868632 U CN 209868632U CN 201920622475 U CN201920622475 U CN 201920622475U CN 209868632 U CN209868632 U CN 209868632U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shape memory
- palm
- memory polyurethane
- polyurethane material
- finger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，包括手掌和至少三根与手掌连接的手指；手指包括若干个指关节和用于连接相邻指关节的驱动件；指关节一端设置连接杆，其另一端的两边开设两个轴孔；指关节的上表面设置两个三角块，三角块的顶部开设牵引孔，指关节的下表面设置两根连接柱体；一个指关节上的连接杆与相邻的另一个指关节上的两个轴孔配合；驱动件两端均开设一个轴孔；驱动件一端上的轴孔套设于一个指关节上的连接柱体上，驱动件另一端的轴孔套设于相邻指关节上的连接柱体上，实现相邻两个指关节之间的驱动连接；手掌边端设置若干个连接杆；指关节边端的两个轴孔与手掌边端的连接杆配合，实现手指与手掌之间的连接。
Description
技术领域
本实用新型属于温感驱动装置的技术领域，具体涉及一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手。
背景技术
随着科技的不断进步与发展，人们加速了对未知领域的探索。从与我们生活息息相关的医疗领域，到提高生产力的机械制造领域，再到现在被视为顶尖科技聚集处的航空航天领域人们无不渴求更加智能的材料，更自动化、更环保的驱动方式，更准确的驱动指令，更少的人员消耗，更安全、更人性化的驱动结构。然而，传统的感应驱动装置其感应装置及驱动模块为单独的两个模块，结构组成复杂，不方便后续维护。此外，传统感应驱动装置需要配合额外的复杂的外部系统对其进行监视控制才能达到驱动外部装置的目的，例如一般情况下使用对温度敏感的金属作为感应元件，其在工作时需将外部物理信号的变化 (温度变化)转化为电信号，再通过额外提供的复杂的电路系统将电信号进行处理加工方能实现对外部的控制及驱动。综上所述，传统的感应驱动装置有以下缺点：
1、额外提供的电路系统价格昂贵，结构复杂，且出现问题后不易修复更换；
2、传统感应驱动装置需要额外提供能源(大多为电源)会消耗大量能量，耗资巨大且在无法提供相关能源的情况下失效，例如，传统感应驱动装置不能在高温等危险环境或是太空这样不方便提供额外能源的环境下使用；
3、传统感应驱动装置需要提供专业人员实时监管维护，人力消耗大；
4、置于机械内部的传统的感应驱动装置更不易被监管维护；
5、传统装置的大小及形状受材料性质的限制，一旦制作完成便不可发生变化，极可能不能适应机械内部的环境；
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，以解决或改善上述问题。
为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，其包括手掌和至少三根与手掌连接的手指；
手指包括若干个指关节和用于连接相邻指关节的驱动件；指关节一端设置连接杆，其另一端的两边开设两个轴孔，两个轴孔之间的距离大于等于连接杆的长度；位于指关节的上表面设置两个相同的三角块，三角块的顶部开设用于牵引线通过的牵引孔，指关节的下表面设置两根平行的连接柱体；一个指关节上的连接杆与相邻的另一个指关节上的两个轴孔配合，实现相邻两个指关节之间的连接；
驱动件的材质为形状记忆聚氨酯材料，呈扁平状，其两端均开设一个轴孔；驱动件一端上的轴孔套设于一个指关节上的连接柱体上，驱动件另一端的轴孔套设于相邻指关节上的连接柱体上，实现相邻两个指关节之间的驱动连接；
手掌边端设置若干个连接杆；指关节边端的两个轴孔与手掌边端的连接杆配合，实现手指与手掌之间的连接。
优选地，指关节上的连接杆中部开设有与轴孔孔径相同的通孔，指关节上的连接杆嵌入相邻指关节的两个轴孔之间，连接轴穿过两个轴孔和连接杆，实现相邻两个指关节之间的连接。
优选地，牵引孔用于牵引线的固定，以及牵引线的导向；牵引线与舵机连接。
优选地，手掌上设置三根手指。
优选地，手指上依次连接有三根指关节。
本实用新型提供的基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，具有以下有益效果：
本实用新型利用形状记忆聚氨酯材料的温度感应特性进行机械手的驱动，不需要额外提供驱动电源，即可实现机械手的驱动，相比传统机械手，本实用新型可应用于需要隔绝电磁干扰的器械内部、需要隔绝电源的危险潮湿厂房、不便提供电源的太空等环境。本实用新型结构简单，智能可控、维护方便、大小可根据具体使用环境需求进行设计调整、制作方便、运输方便、生产成本低，利于大量生产，可被批量大范围运用。
附图说明
图1为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手的结构图。
图2为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手指关节结构图。
图3为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手驱动件结构图。
图4为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手手掌结构图。
图5为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手手掌与指关节连接图。
图6为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手相邻指关节的连接图。
图7为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手驱动件在相邻指关节之间的驱动连接。
图8为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手指关节在驱动件作用下的初始准备阶段。
图9为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手指关节在驱动件作用下的升温驱动阶段。
图10为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手指关节在驱动件作用下的重置赋形阶段。
图11为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手指关节在驱动件作用下的降温至准备阶段。
图12为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手形状记忆聚氨酯在不同温度下的弹性模量。
图13为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手形状记忆聚氨酯的形状记忆过程的应力应变曲线。
图14为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手形状记忆聚氨酯约束回复时回复应力随温度变化的曲线。
图15为基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手形状记忆聚氨酯自由回复时名义应变随温度变化的曲线。
其中，1、指关节；2、驱动件；3、手掌；4、牵引孔；5、连接杆；6、轴孔；7、三角块；8、连接柱体8。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，包括手掌3和至少三根与手掌3连接的手指，手指的数量由具体应用环境而定。
手指包括若干个指关节1和用于连接相邻指关节1的驱动件2，指关节1数量由实际作业需求而定。
参考图2，在指关节1的一端设置连接杆5，连接杆5上开设通孔，指关节 1的另一端开设两个轴孔6，该轴孔6孔径与连接杆5上的孔径相同，且两个轴孔6之间的距离略大于连接杆5的长度。
相邻两个指关节1之间的连接原理为：
参考图6，一个指关节1上的连接杆5嵌入相邻指关节1的两个轴孔6之间，连接轴穿过两个轴孔6和连接杆5，实现相邻两个指关节1之间的活动连接。
位于指关节1的上表面设置两个相同的三角块7，三角块7的顶部开设牵引孔4，牵引孔4用于牵引线的固定，以及牵引线的导向。牵引线的一端依次穿过一根手指上的多个指关节1上的牵引孔4，并固定于手指指尖的牵引孔4上；或者在穿过每一个牵引孔4时，均缠绕于该牵引孔4一圈或多圈；牵引线固定方式根据实际需求而定。牵引线的另一端与舵机相连，舵机可固定于与手掌3连接的机械臂上，或者其它地方，用于牵引指关节1做相应的动作。
参考图7，指关节1的下表面设置两根平行的连接柱体8。驱动件2的材质为形状记忆聚氨酯材料，呈扁平状，其两端均开设一个轴孔6，驱动件2一端上的轴孔6套设于一个指关节1上的连接柱体8上，驱动件2另一端的轴孔6套设于相邻指关节1上的连接柱体8上，实现相邻两个指关节1之间的驱动连接。
参考4和图5，手掌3边端设置若干个连接杆5，手掌3上的连接杆5嵌入指关节1上的连个轴孔6之间，并用连接轴穿过轴孔6和连接杆5上的通孔，实现指关节1与手掌3之间的活动连接。
图3所示的驱动件2采用形状记忆聚氨酯材料，其在不同温度下的弹性模量不同(如图12所示)，能够感应外界的温度变化的刺激而从变形体向初始形状转变。其形状记忆过程分为“赋形”和“回复”两个部分。在玻璃态温度以上加载，使形状记忆聚氨酯材料发生变形，随后降温，能够暂时固定在现有形状，这一过程称为“赋形”。赋形后将形状记忆聚氨酯再次加热至玻璃态温度以上能使其回复至原有形状，这一过程称为“回复”，而在回复过程中产生的应力称为回复应力。形状记忆聚氨酯的加载、回复阶段的应力应变曲线如图13所示。
驱动件2在较高温度条件下(高于SMPU的玻璃化转变温度Tg，低于熔融温度Tm)形状记忆聚氨酯可根据具体使用需求被赋以不同的形状。在使用时，形状记忆聚氨酯感应到环境温度升高后回复至被赋形的形状。本实用新型的驱动功能也正是利用形状记忆聚氨酯回复阶段的回复应力改变形状实现的。
本实用新型将驱动件2置于机械手的关节处，用于完成温度感应并驱动机械手装置。在实际运用时，可根据具体情况设计驱动件2的形状、大小等相关尺寸以及驱动能力，并可根据具体使用条件自由选择加工方式以便实现具体功能。
与传统技术相比，本实用新型结构更加简单，制作、使用、后续维护时也更加方便。由于不需要额外的能量供给，该装置不仅能节约可观的能耗更为实现在极端环境如不便使用电源或其他能源输入的环境下的驱动控制提供了条件。另外，形状记忆聚氨酯材料回复时，可产生较大的驱动力，能够驱动该装置的运行，其在约束回复条件下，回复应力随温度的变化曲线如图14所示。由于形状记忆聚氨酯材料本身对温度的高敏感性，形状记忆聚氨酯变形之后的回复是可预测的，其在自由回复条件下名义应变随温度变化情况如图15所示。形状回复能使该装置根据环境温度变化对目标进行更多样而准确的驱动控制。就其组成结构来看，该装置体积小，可广泛应用于机械内部狭小的空间内。形状记忆聚氨酯的形状记忆效应又让本实用新型具有可多次重复利用的特点。
本实用新型的驱动件2首先需要在高温下(高于熔融温度Tm，下同)对形状记忆聚氨酯材料进行成型处理，所成型形状应与其在较高温下(高于玻璃化转变温度高于熔融温度Tg低于熔融温度Tm，下同)工作时所需表现出的形状一致 (此处以实现驱动时形状记忆聚氨酯平直状长度--15.5mm为例,具体制作使用时，可根据具体使用情况对形状聚氨酯的设计形状做相应调整)。
预处理：
如图12将指关节1与手掌3连接后将整个装置置于较高温度的环境下改变驱动件2预先成型的形状，使其符合整个机械手在实现驱动功能前的存放条件，随后保持改变后的形状，降低环境温度(降至Tg以下，下同)，使两处关指关节 1处的驱动件2形状完全固定。
本实用新型指关节1的驱动原理为：
初始时展示状态为伸展态(如图8)；
当环境温度升高，指关节1中驱动件2感受到温度升高后，产生回复至高温下成型的弯曲状(图中驱动件2的弯曲不明显，其弯曲角度由实际温度而定，本图仅做参考)，回复产生的回复应力实现机械手的驱动功能，并完成机械手的相应作业。(如图9)；
在完成驱动后，由舵机带牵引线，在一定温度条件下为机械手提供牵引力使机械手指关节1处的驱动件2变形到驱动前的平直形状，完成又一次的赋型 (如图10)；
最后环境温度降低、机械手指关节1处的驱动件2固定后即可撤去舵机提供的外力。之后，整个机械手等待下一次环境温度升高，并实现多次循环驱动功能(如图11)
本实用新型利用形状记忆聚氨酯材料的温度感应特性进行机械手的驱动，不需要额外提供驱动电源，即可实现机械手的驱动，相比传统机械手，本实用新型可应用于需要隔绝电磁干扰的器械内部、需要隔绝电源的危险潮湿厂房、不便提供电源的太空等环境。本实用新型结构简单，智能可控、维护方便、大小可根据具体使用环境需求进行设计调整、制作方便、运输方便、生产成本低，利于大量生产，可被批量大范围运用。
虽然结合附图对实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，其特征在于：包括手掌和至少三根与手掌连接的手指；
所述手指包括若干个指关节和用于连接相邻指关节的驱动件；所述指关节一端设置连接杆，其另一端的两边开设两个轴孔，两个轴孔之间的距离大于等于连接杆的长度；位于所述指关节的上表面设置两个相同的三角块，三角块的顶部开设用于牵引线通过的牵引孔，指关节的下表面设置两根平行的连接柱体；一个所述指关节上的连接杆与相邻的另一个指关节上的两个轴孔配合，实现相邻两个指关节之间的连接；
所述驱动件的材质为形状记忆聚氨酯材料，呈扁平状，其两端均开设一个轴孔；所述驱动件一端上的轴孔套设于一个指关节上的连接柱体上，驱动件另一端的轴孔套设于相邻指关节上的连接柱体上，实现相邻两个指关节之间的驱动连接；
所述手掌边端设置若干个连接杆；所述指关节边端的两个轴孔与手掌边端的连接杆配合，实现手指与手掌之间的连接。
2.根据权利要求1所述的基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，其特征在于：所述指关节上的连接杆中部开设有与轴孔孔径相同的通孔，指关节上的连接杆嵌入相邻指关节的两个轴孔之间，连接轴穿过两个轴孔和连接杆，实现相邻两个指关节之间的连接。
3.根据权利要求1所述的基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，其特征在于：所述牵引孔用于牵引线的固定，以及牵引线的导向；牵引线与舵机连接。
4.根据权利要求1所述的基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，其特征在于：所述手掌上设置三根手指。
5.根据权利要求1所述的基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手，其特征在于：所述手指上依次连接有三根指关节。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920622475.2U CN209868632U (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920622475.2U CN209868632U (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209868632U true CN209868632U (zh) | 2019-12-31 |
Family
ID=68963438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201920622475.2U Active CN209868632U (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN209868632U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110509301A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-11-29 | 西南交通大学 | 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 |
-
2019
- 2019-04-30 CN CN201920622475.2U patent/CN209868632U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110509301A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-11-29 | 西南交通大学 | 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 |
| CN110509301B (zh) * | 2019-04-30 | 2024-07-19 | 西南交通大学 | 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tang et al. | A general soft robot module driven by twisted and coiled actuators | |
| CN102029610B (zh) | 欠驱动的腱驱动机器人手指的转矩控制 | |
| CN109249415B (zh) | 一种基于仿生应变传感器阵列感知的柔性机械手 | |
| CN110509301B (zh) | 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 | |
| CN209868632U (zh) | 一种基于形状记忆聚氨酯材料的温度感应机械手 | |
| CN110202563A (zh) | 一种基于sma驱动多段刚柔耦合的柔性机械臂 | |
| CN105841856A (zh) | 一种感知接触点三维力位移与三维力的触须传感器 | |
| Zhang et al. | Bistable characteristics of hybrid composite laminates embedded with bimetallic strips | |
| CN111397773B (zh) | 一种柔性指尖接触传感器及其制备方法 | |
| CN107144389B (zh) | 可嵌入式条状全柔性多维力传感器 | |
| CN110181506B (zh) | 一种基于常曲率假设的弹性软体机器人运动学建模方法 | |
| Liu et al. | Design of a self-adaptive gripper with rigid fingers for Industrial Internet | |
| CN210100022U (zh) | 连续体检测机器人 | |
| Sun et al. | Design and analysis of a flexible robotic hand with soft fingers and a changeable palm | |
| Wang et al. | Design and experimental characterization of a push-pull flexible rod-driven soft-bodied robot | |
| CN109304720A (zh) | 一种新型挠电弹簧柔性机械手 | |
| Gai et al. | A fully soft bionic grasping device with the properties of segmental bending shape and automatically adjusting grasping range | |
| Le et al. | Application of a biphasic actuator in the design of the clopema robot gripper | |
| Gao et al. | Programmable and Variable‐Stiffness Robotic Skins for Pneumatic Actuation | |
| CN210476956U (zh) | 一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂 | |
| Xue et al. | Design and modeling of omni-directional bending pneumatic flexible arm | |
| Li et al. | A novel variable stiffness soft finger actuated by shape memory alloy | |
| CN203831416U (zh) | 一种可控的变刚度柔顺驱动器 | |
| CN114905549A (zh) | 用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法及系统 | |
| Felt | Sensing methods for soft robotics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |