[发明专利]一种基于热致形状记忆聚合物可重复使用的机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物机械手，具体涉及一种基于热致形状记忆聚合物可重复使用的机械手。

背景技术

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。目前传统的机械手都主要为金属，陶瓷或结构聚合物(所谓的“硬机器”)，他们几乎可以迅速而准确地完成许多复杂动作，但是对于夹持易碎及表面要求高的物品，它们往往比较笨重，；硬机器对人类和所夹持的物品都可能造成伤害。而且对于强酸、强碱等具有腐蚀性的工作环境，金属材料的抗腐蚀性能力明显不够。

聚合物材料制成的机械手不仅轻便灵活，造价便宜，而且还具有很好的抗腐蚀能力，能够长期服役于强酸、强碱等具有腐蚀性的工作环境。而聚合物材料中的形状记忆聚合物用于制造机械手的“软机器”更是能克服“硬机器”因夹持力过大可能对夹持物品所造成的破坏问题。夹持部件在夹持物品时是一种比较软的材料，在夹持物品的过程中可发生大变形与物品充分接触而不会碰伤物品；夹持部件在夹持物品结束后，会通过降温，在保持当前形状的情况下变为一种比较硬的材料，从而提供足够的夹持力来移动物品。这样它既不会像“硬机器”可能对被夹持物品造成伤害，也不会像一些软质的聚合物因不能提供足够的夹持力而只能夹持很轻的物品。专利CN103350423A曾试图利用形状记忆聚合物来制作机械手，但是他利用单向形状记忆聚合物所设计的技术方案之一其实是不太合理的，难以实现。它利用一个预变形的部件(记为A)通过加热恢复形状来拉弯另一部件(记为B)，使之变形，再冷却冻结B的变形；然后再对B加热，使其变形恢复，利用B的恢复力反过来使A变形回到预变形时的状态。这其实是不可能实现的，因为如果A的恢复力足够使B被拉弯变形，那么以B的刚度在对B加热的过程中B的恢复力是不足以使A变形的。对B加热只是回到了B在降温前A使B变形的状态。不能得到发明申请人想要的效果。他最多只能供一次性使用，不能重复地张闭机械手臂。

因此，一种真正切实可行的基于形状记忆聚合物可重复使用的机械手的发明就显得非常有意义。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于热致形状记忆聚合物可重复使用的机械手，不会像“硬机器”可能对被夹持物品造成损害，可以长期在强酸强碱等腐蚀性环境下正常工作；本发明利用杠杆原理真正意义上实现了形状记忆聚合物机械手的可重复开启闭合。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于热致形状记忆聚合物可重复使用的机械手，包括基座1，拉压部件3的一端通过连接件2设置在基座1上，滑槽部件5的一端铰接在基座1上，夹持部件6一端固定在基座1上，所述拉压部件3、滑槽部件5和夹持部件6均为两个对称的设置在基座1上；所述夹持部件6上设置有两端凸出的聚合物小圆柱4，两端凸出的聚合物小圆柱4的上端供拉压部件3钩挂，当拉压部件3钩挂在两端凸出的聚合物小圆柱4上时，拉压部件3与夹持部件6相当于铰接，两端凸出的聚合物小圆柱4下端伸入滑槽部件5的滑槽中，两端凸出的聚合物小圆柱4只能在滑槽部件5的滑槽中滑动，不能沿垂直滑槽的方向运动，当夹持部件6变形时会带着滑槽部件5转动；所述滑槽部件5临近固定端处设置有供拉压部件3钩挂的上端凸出的聚合物小圆柱7，当拉压部件3钩挂在上端凸出的聚合物小圆柱7上时，拉压部件3与滑槽部件5相当于铰接；

所述连接件2为在螺钉上套上外壁带螺纹的圆环，圆环一端装有电磁线圈，该电磁线圈与基座1中设置的电磁线圈相互作用，实现利用线圈通电使外壁带螺纹的圆环沿连接件2轴向移动，圆环外壁上的螺纹与拉压部件3连接孔内部的螺纹互相啮合，当对电磁线圈通电时，外壁带螺纹的圆环在电磁力作用下轴向移动时，拉压部件3会绕连接件2旋转，电磁线圈断电时，拉压部件3与基座1相当于简单的铰接；

所述拉压部件3及夹持部件6由热致形状记忆聚合物材料制成，基座1和滑槽部件5由普通硬质聚合物材料制成。

所述热致形状记忆聚合物材料为具有形状记忆效应的聚降冰片烯、反式聚异戊二烯苯乙烯、丁二烯共聚物或聚氨酯或它们的复合材料。

所述普通硬质聚合物材料为纯聚合物、改性聚合物或聚合物复合材料。

所述拉压部件3在装配前经过预拉伸处理，并降温冻结变形。

所述拉压部件3的另一端整体为T字型，其内端靠近边缘处为一个斜面，有利于拉压部件3钩挂在两端凸出的聚合物小圆柱4和上端凸出的聚合物小圆柱7上；靠近中间为内凹面，保证拉压部件3不会意外脱落。