[发明专利]一种用于寒冷环境的柔性机械手

说明书

本发明公开了一种用于寒冷环境的柔性机械手，包括五根手指和一个手掌，手指和手掌分布在同一个平面，手指包括扩展区、非扩展区和固定区。通过本发明的技术方案，能够避免在寒冷环境下柔性机械手的加工材料不硬化、不脆化；能够保证柔性机械手在寒冷环境下的柔性功能；选用的凝胶型冰雪材料成本低、绿色环保无污染；能够通过气体或液体实现柔性机械手的快速、稳定相应。

技术领域

本发明属于机器人的末端执行器技术领域，尤其涉及一种用于寒冷环境下的柔性机械手。

背景技术

柔性机械手采用弹性材料加工制作成特定的空腔结构，借助流体驱动，实现机械手的伸展、弯曲、侧摆等复杂动作，具有整体机构简单、可变形性强、环境适应性好等特点，在生物医疗、工业自动化、物流仓储等领域具有广泛的应用。

为了提高柔性机械手的动作复杂性和精度，现有研究通过改进柔性机械手的结构设计、增加传感器模块、引入仿生学的概念，以获得所期成效。

然而，柔性机械手采用弹性和强度都较低的柔性材料制作而成，这些柔性材料在寒冷环境下因温度的降低，弹性和强度会显著升高，发生硬化和脆化。因此，在寒冷环境下，机械手不仅失去柔性功能，脆化的材料也极易形成裂纹导致机械手的功能失效。但是，现有的专利都未考虑柔性机械手在寒冷环境下服役面临的材料硬化、脆化以及功能失效的问题。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种用于寒冷环境的柔性机械手，选用凝固温度可调的凝胶冰雪材料加工制作柔性机械手，确保柔性机械手的加工材料在低温条件下不发生硬化、脆化，进而获得寒冷环境下能够稳定服役的柔性机械手。本发明的具体技术方案如下：

一种用于寒冷环境的柔性机械手，其特征在于，包括五根手指和一个手掌，所述手指和所述手掌分布在同一个平面，其中，

所述手指包括扩展区、非扩展区和固定区；所述扩展区为长方体，沿所述长方体的最长边等距设置多个凹槽，形成梳齿形状，每个梳齿内部设置空腔，在所述空腔内安装密封管；所述非扩展区为与所述扩展区的相配合的表面设置凹槽的薄板；所述固定区为与所述扩展区、所述非扩展区和所述手掌相配合的设置通气孔的薄板；所述固定区的通气孔、所述非扩展区的凹槽、所述扩展区的空腔三者相通，流体能够在手指内部流动，通过密封管对手指进行充气或充入液体实现手指的弯曲，放气或抽出液体实现手指的伸张，通过对五根手指的协调充放气体或充入、抽出液体，实现柔性机械手的弯曲和伸张；

所述手掌由上壳体和下壳体组装形成，内部中空，并与五根手指相配合安装形成柔性机械手。

进一步地，所述手指和手掌均由凝固温度和透光度可调的丙烯酰胺类凝胶冰雪材料制成，所述凝固温度和透光度可调的丙烯酰胺类凝胶冰雪材料由丙烯酰胺类聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、无机盐和水制成，其质量比为5～25:0.02～0.1:0.01～0.2:0.001～0.02:0.1～30:100。

进一步地，所述手指和手掌均由双组元混合凝胶冰雪材料制成，所述双组元混合凝胶冰雪材料通过将质量分数为0.5～3wt％的海藻酸钠溶液和质量分数为0.1～5wt％的金属盐溶液混合搅拌或喷洒实现接触形成，海藻酸钠溶液和金属盐溶液的质量比为1:0.1～10。

进一步地，所述手指和手掌均由丙酰胺类晶体状雪材料制成，所述丙酰胺类晶体状雪材料的制备原材料为：聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐、泡沫稳定剂和水，各原材料的质量比为5～25:0.02～0.1:0.01～0.2:0.001～0.02:0.01～5.0:0.1～5.2:0.05～2.6:0.02～1.5:100。

进一步地，所述手指的非扩展区由聚二甲基硅氧烷制成，所述手掌和手指的固定区由环氧树脂、金属材料或陶瓷材料制成。

进一步地，所述手指和手掌分别通过模具浇筑成型、3D打印立体成型或粘结组装成型。

本发明的有益效果在于：