基于人工肌肉的柔性抓手的制作方法

本发明涉及的是一种工业自动化机器人领域的技术，具体是一种基于人工肌肉的柔性抓手。

背景技术：

在工业自动化生产过程中，常常需要对零件或物品进行快速抓取和定位。目前工业上应用最广的抓取技术包括：真空抓取和机械抓手，真空抓取具有抓取迅速灵活、柔性好和安全性高等特点，适用于精密零部件的制造和装配，但其辅助设备需要气泵、气阀、密封圈、缓冲垫圈等，使得抓取系统复杂，难以小型化、轻量化，易出现漏气现象，并伴有工作噪音；机械抓手通常由机械关节和电机等刚性部件构成，具有动作迅速、灵活度高等特点，但机械抓手工作时，柔顺性较差，容易损坏抓取物。综上所述，以上的抓取技术都具有结构复杂笨重，加工制造工序复杂，成本高等缺点。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于人工肌肉的柔性抓手，通过介电弹性体人工肌肉代替电机和机械传动部件，同时作为驱动和预紧元件实现了机械抓手的快速动作和柔顺抓取，另外由于介电弹性体人工肌肉的优越机电性能，使得该机械抓手具有结构简单、低功耗、动作迅速的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：基座、至少两个手指单元和介电弹性体条带，其中：手指单元对称设置于基座下，介电弹性体条带套设于手指单元外。

所述的对称设置包括：轴对称和中心对称。

所述的基座为方形或圆盘形，基座上设有若干滑槽和与滑槽相配合的滑块，其中：滑块与滑槽间隙连接。

所述的滑槽的剖面形状采用但不限于t字形、圆形等。

所述的滑槽与滑块数量一致。

所述的滑槽的内侧上设有定位孔，其中：定位孔的中心轴向共线。

所述的基座上设有弹性结构，其中：弹性结构设置于滑块和基座之间。

所述的弹性结构优选为预紧弹簧。

所述的弹性结构放置于定位孔中，分别被定位孔底限位压紧。

所述的手指单元为直角梯形形状，手指单元斜面上开有通孔，通过螺栓与对应滑块上的螺纹孔相连。

所述的介电弹性体条带包括：薄膜和设置于薄膜两侧的柔性电极层，其中：柔性电极层对称覆盖于薄膜与手指单元未接触区域。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过介电弹性体人工肌肉代替电机和机械传动部件，同时作为驱动和预紧元件，只需控制施加电压即可实现快速安静的抓取动作，拥有良好的柔顺性和灵活性，结构简单，功耗低，降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的总体结构示意图；

图2为本发明实施例1的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例1的基座结构示意图；

图4为本发明实施例1的介电弹性体条带多层结构示意图；

图5为本发明实施例1的抓取工作示意图；

图6为本发明实施例2的总体结构示意图；

图7为本发明实施例2的爆炸结构示意图；

图8为本发明实施例2的抓取工作示意图；

图中：基座1、弹性结构2、滑块3、介电弹性体条带4、手指单元5、圆盘基座6、滑槽7、定位孔8、薄膜9、柔性电极层10、安装孔11。

具体实施方式

实施例1

如图1-3所示，为本实施例涉及的一种基于人工肌肉的双手指单元柔性抓手，包含：基座1、两个手指单元5和介电弹性体条带4，其中：两个手指单元5相对设置于基座1下，介电弹性体条带4套设于两个手指单元5外。

所述的基座1的上侧设有若干与机械臂连接的安装孔11。

所述的基座1为方形，基座1上对称设有两个t字形的滑槽7和与滑槽7相配合的滑块3，其中：滑块3与滑槽7间隙连接。

所述的滑槽7的内侧上设有一定深度的定位孔8，其中：定位孔8与安装于该滑槽7内的滑块3上的定位孔轴线共线。

所述的预紧弹簧2设置于两个定位孔之中，被压紧于滑块3和基座1之间。

所述的手指单元5为直角梯形形状，手指单元斜面上开有通孔，通过螺栓与对应滑块上的螺纹孔相连。

如图4所示，所述的介电弹性体条带4包括：薄膜9和设置于薄膜9两侧的柔性电极层10，其中：柔性电极层10对称覆盖于薄膜9与手指单元5未接触区域。

所述的薄膜9的材料可为聚丙烯酸酯、天然橡胶或硅胶，所述的柔性电极层10的材料可为导电碳膏、单壁碳纳米管溶液或离子导电凝胶。

如图5所示，为本实施例1两手指单元柔性抓手的具体的工作原理：

初始状态时，套设在手指单元5外围的预拉伸的介电弹性体条带4将两个手指单元5压紧闭合(图5a)，此时内部的预紧弹簧2也处于压缩状态并与介电弹性体条带4提供的收紧压力平衡。当需要夹持物体时，对介电弹性体条带4的多块柔性电极层10同时施加电压，此时在薄膜9表面产生的麦克斯韦应力会使介电弹性体条带4的收紧压力减小，从而两个手指单元5在预紧弹簧2的回复力作用下张开(图5b)；当手指张开尺寸大于被夹持物体时即可实施抓取，两个手指单元5放置于被夹持物体两侧后，撤去施加在柔性电极层10两侧的电压，手指即会快速闭合从而夹紧物体；由于介电弹性体条带4和预紧弹簧2都是弹性元件，故手指的夹持动作具有良好的柔顺性，可以避免对被夹持物体造成损伤，而且夹持物体时只需要在手指张开时供能，夹持后不需要任何能量供给，故该柔性抓手具有较低的能耗。

实施例2

如图6-8所示，为本实施例涉及的一种基于人工肌肉的三手指单元柔性抓手，基本结构和工作原理与实施例1类似。

所述的圆盘基座6的上中心对称地设有三个t字形的滑槽7和与滑槽相配合的滑块，其中：滑块3与滑槽7间隙连接。

所述的滑槽7的内侧上设有一定深度的定位孔8，其中：定位孔8与安装于该滑槽7内的滑块3上的定位孔轴线共线。

三手指单元柔性抓手工作原理：

介电弹性体条带4套设于三根手指单元5外围，初始时将三根手指单元5压拢闭合(图8a)，此时介电弹性体条带4上的柔性电极层10一共有三块区域，分别分布于介电弹性体条带4与三个手指单元5未接触的深色区域；当需要夹持物体时，对柔性电极层10两端施加电压，三根手指单元5会沿径向张开(图8b)，撤去电压后将物体夹紧；此三指柔性抓手适合于抓取圆形零件和物品。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：

技术总结
一种基于人工肌肉的柔性抓手，包括：基座、至少两个手指单元和介电弹性体条带，其中：手指单元对称设置于基座下，介电弹性体条带套设于手指单元外部；本发明通过介电弹性体条带代替电机和机械传动部件，同时作为驱动和预紧元件，只需控制施加电压即可实现快速安静的抓取动作，拥有良好的柔顺性和灵活性，结构简单，功耗低，降低了成本。

技术研发人员：张文明;李汶柏;闫寒
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2018.08.10
技术公布日：2018.11.23