[发明专利]基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种抓夹机械装置，尤其是一种用于特种行业的机械手，具体地说是一种能耐强酸强碱腐蚀的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手。

背景技术

在高温、高压、有放射性以及毒性污染等的恶劣环境中，应用机械手可以部分或全部地代替操作人员进行生产，从而减轻操作人员的劳动强度、保障操作人员的人身健康、实现安全高效的生产。然而，目前市场上的机械手大多为金属材质，虽然强度高﹑动作准确而且迅速，但是其耐腐蚀能力有限，并不能适于某些特种环境（如强酸、强碱环境）下使用。例如，工业生产中经常要对不锈钢进行全面的酸洗钝化，以清除各类油污，氧化皮，焊斑等；再如，酸洗牛仔裤是一种用浮石在氯气环境下研磨漂白织物，进而达到使之柔软并具特殊的视觉效果而采取的处理方法。显然，诸如上述两例均需在强酸环境下进行操作，在这种工况下无法使用现有金属材质的机械手。目前，解决该问题的一般思路是在金属材质机械手表层增加耐腐蚀涂层。然而，一方面，增加耐腐蚀涂层无疑会增加机械手的成本；另一方面，耐腐蚀涂层一般均较薄，机械手在抓取、搬运物料过程该涂层极易损耗。此外，现有金属材质的机械手，还存在结构复杂、质量重及震动衰减性差等诸多不足。

聚合物具有极强的耐腐蚀性能，已成为一种重要的新型工程材料。而且，很多聚合物材料具有显著的形状记忆效应，能够感知环境的变化，并以形变的方式做出响应，具有大变形和高恢复的特性。形状记忆聚合物，不仅力学性能可调整范围大，而且其驱动方式有多种，如热驱动、光驱动、溶液驱动等。形状记忆聚合物这些特点使其成为制作机械手的极为理想的选择。目前，热致驱动是形状记忆聚合物最为普遍的一种驱动方式，现以热致形状记忆聚合物为例来简述聚合物的形状记忆效应：(1) 预变形：将已赋予形状的形状记忆聚合物加热到一定的温度使其由玻璃态转变到橡胶态或者由固态转变至熔融状态，并施加外力使其变形，维持变形状态下冷却，聚合物又从橡胶态转变到玻璃态或从熔融态变回固态并全部或部分保持变形后的形状。(2) 自发形状恢复：当已变形的聚合物被加热到不低于玻璃化转变的起始温度或者熔融转变的起始温度时，材料全部或部分恢复到原来的形状状态。专利CN 102325632 A（抓夹指、抓夹工具和用于调整抓夹工具的方法），首次将形状记忆聚合物材料用于抓夹类机械装置；但是，该专利仅是在抓夹工具的夹持表面上装有一些形状记忆聚合物薄膜块，通过形状记忆聚合物材料的形状记忆效应，来调整抓夹工具夹持表面形状以适于精确抓夹不同形状的对象，如不同形状的电子元器件。

综述所述，目前尚未有一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手可供使用，一定程度上限制了机械手的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有金属材质的机械手不适于强酸、强碱等环境下工作且存在结构复杂、质量重及震动衰减性差等不足，发明一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手。

本发明的技术方案之一是：

一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是：它由采用单向形状记忆聚合物材料制成的夹持部件1和变形部件3、由常规聚合物制成的紧固件以及基座5组成；夹持部件1的一端通过紧固件固定在基座5上，变形部件3的一端通过紧固件与基座5相连，变形部件3的另一端与夹持部件1铰接相连。

所述的夹持部件1和变形部件3中至少有一个已经经过预变形处理。

所述的预变形是拉伸、弯曲、扭曲、卷曲或者压缩中的一种或多种组合。

本发明的技术方案之二是：

一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是：它由采用双向形状记忆聚合物材料制成的夹持部件1和由常规聚合物制成的紧固件以及基座5组成，所述的夹持部件1的一端通过紧固件与基座5固定相连。

所述的基座5为形状记忆聚合物体或常规聚合物体。

所述的单向形状记忆聚合物是纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合。

所述的聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料。

所述的夹持部件1和变形部件3的形状恢复率的范围为5~99%。

所述的夹持部件1和变形部件3所使用的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合。

采用温度变化驱动方式时，采用电驱动方式，夹持部件1和变形部件3的变形率和形状恢复率通过控制其内置电阻丝的加热温度来控制。

本发明的有益效果是：