一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节制造技术

本实用新型专利技术公开了一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节,包括指节，指节包括支架单元、驱动组件以及折叠组件，支架单元包括分别位于指节两端的两个支架体，驱动组件包括介电弹性体驱动机构，每个介电弹性体驱动机构连接在所述两个支架体之间，介电弹性体驱动机构包括介电弹性体驱动器，介电弹性体驱动器弯曲形变带动指节形变，折叠组件包括折叠式支撑机构，每个折叠式支撑机构连接在两个支架体之间，折叠式支撑机构包括刚性折纸单元，指节形变带动刚性折纸单元折叠形变。指节具有多个自由度，灵活性好，响应速度快，折纸结构提高了指节的刚性及负载能力，介电弹性体材料自身固有的柔性结合折纸结构的折叠特性提高了指节的环境适应性。高了指节的环境适应性。高了指节的环境适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节


[0001]本技术属于智能机器人
，具体涉及一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节。

技术介绍

[0002]随着机器人智能化水平和操作能力的不断提升，灵巧手在航天航空、紧密机械、军事、工业和医疗器械等领域都有着广泛的应用前景。传统的灵巧手指关节多采用电动机、液压泵、气缸，齿轮、腱绳等零部件实现驱动和运动传递，然而机械机构的关节传动部件较多，结构较为复杂，制造难度高，需要较大的工作空间，并且环境适应性差，适用抓取对象范围小。而基于智能材料驱动的柔性指关节，与传统的机械结构关节相比，它的结构较为简单，控制方便，环境适应性高，然而，其刚度较差和驱动力不足的特点限制了它的适用范围。此外，近些年来，折纸结构凭借其良好的折叠特性和大折展比的特点而广受关注，科学工作者还将折纸技术用到了机器人的设计中，在保留机器人智能化等优势的基础上加入折纸的折叠特性,设计出各式各样的折纸机器人，增加了其对环境的适应性。
[0003]参考专利申请公布号：CN111923068A，一种腱传动仿人灵巧手的手指关节。该技术提供一种腱传动仿人灵巧手的手指关节，使用较少的腱绳实现较多的自由度，在与人手尺寸相仿的基础上使结构紧凑合理，利用结构上的特点达到腱绳传动效果，在高度一体化的同时具备一定的灵活性，可以实现较为精确的位置控制。但是该设计提供的腱传动手指关节仅有一个自由度，且柔顺性较低。
[0004]参考专利申请公布号：CN111673781A，一种变刚度仿人机器人手爪。该技术通过变刚度直线驱动装置实现手指关节刚性的改变，配合拇指的相对运动，提高了机器人手爪抓取目标的适应性。但是该设计采用内置的机电系统来实现灵巧手的关节弯曲，内部结构较为复杂，对滑块、螺母和丝杆等元件的采用较多且运动空间有限，装配比较麻烦，负载自重比较低。
[0005]参考专利申请公布号：CN108177156A，一种结构解耦驱动的变刚度软体手。该技术通过形状记忆合金驱动手指各部分动作，同时通过电流改变形状记忆合金的温度控制其杨氏模量，实现手指的刚度可变以获得更精确的抓取动作，具有更简单的结构且没有机械疲劳和磨损问题，还可以降低机械手与人交互过程中的风险，从而提供了一种软体手发展的可行性结构模型。但是电流热驱动有效功率较低，驱动时间较长。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述不足，本技术提供一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节，指节具有多个自由度，灵活性好，响应速度快，折纸结构提高了指节的刚性及负载能力，介电弹性体材料自身固有的柔性结合折纸结构的折叠特性提高了指节的环境适应性。
[0007]本技术提供以下的技术方案：一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块
化驱动指节,包括指节，所述指节包括：
[0008]支架单元，所述支架单元包括分别位于所述指节两端的两个支架体；
[0009]驱动组件，所述驱动组件包括介电弹性体驱动机构，每个所述介电弹性体驱动机构连接在所述两个支架体之间，所述介电弹性体驱动机构包括介电弹性体驱动器，所述介电弹性体驱动器弯曲形变带动所述指节形变；
[0010]折叠组件，所述折叠组件包括折叠式支撑机构，每个所述折叠式支撑机构连接在所述两个支架体之间，所述折叠式支撑机构包括刚性折纸单元，所述指节形变带动所述刚性折纸单元折叠形变。
[0011]进一步的，所述驱动组件包括沿所述指节的周向依次设置的多处所述介电弹性体驱动机构，所述折叠组件包括沿所述指节的周向依次设置的多处所述折叠式支撑机构。
[0012]进一步的，每个所述介电弹性体驱动机构包括分别与所述两个支架体连接的两个所述介电弹性体驱动器，同一所述介电弹性体驱动机构的两个所述介电弹性体驱动器的相接处位于所述指节的长度二等分处且同一所述介电弹性体驱动机构的两个所述介电弹性体驱动器的相接处向所述指节的内侧弯曲形变，
[0013]每个所述折叠式支撑机构包括分别与所述两个支架体连接的两个所述刚性折纸单元，同一所述折叠式支撑机构的两个所述刚性折纸单元的相接处位于所述指节的长度二等分处对称且同一所述折叠式支撑机构的两个所述刚性折纸单元均向所述指节的内侧折叠形变。
[0014]进一步的，所述介电弹性体驱动器包括叠置在一起的基底和介电弹性体薄膜，所述基底设置为一层或叠置在一起的多层，所述介电弹性体薄膜设置为多层，每层所述介电弹性体薄膜的两表面均覆盖有柔性电极，当对所述柔性电极施加电压时，所述介电弹性体驱动器往所述基底侧弯曲。
[0015]进一步的，所述介电弹性体薄膜采用聚丙烯酸酯或硅橡胶材料，所述基底采用刚度比所述介电弹性体薄膜大的柔性材料，所述柔性电极采用碳黑、硅胶和硅油的混合物材料。
[0016]进一步的，每个所述刚性折纸单元的折痕为单顶点六折痕菱形图案，由所述刚性折纸单元组成的所述折叠组件满足指节拉伸、压缩以及弯曲的运动要求。
[0017]进一步的，所述支架体为六边形薄板，所述六边形薄板包括交替布置的第一侧边和第二侧边，三个所述第一侧边用于连接所述介电弹性体驱动机构，三个所述第二侧边用于连接所述折叠式支撑机构。
[0018]进一步的，三个所述第一侧边连接的所述介电弹性体驱动机构的输入电压独立控制，输入电压相同时，指节实现压缩运动，输入电压不同时，指节实现弯曲运动。
[0019]进一步的，所述支架体设有用于粘贴其所连接的所述介电弹性体驱动器的多个夹板，所述介电弹性体驱动机构的两个所述介电弹性体驱动器粘贴连接。
[0020]进一步的，所述支架体和所述刚性折纸单元均采用3D打印制作，所述折叠式支撑机构的折痕通过在不同板块连接处3D打印柔性材料实现。
[0021]由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点：
[0022]1)本技术公开的一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节，通过介电弹性体驱动器的机电耦合可实现指节的伸缩及弯曲运动，指节具有多个自由度，
灵活性好，响应速度快；
[0023]2)本技术公开的一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节，将折纸结构和介电弹性体驱动相结合，可提高指节的刚性及负载能力，并保证指节运动的可控性，介电弹性体材料自身固有的柔性结合折纸结构的折叠特性提高了指节的环境适应性；
[0024]3)本技术公开的一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节，介电弹性体驱动器的多层结构设计及增加驱动机构的数量可增大指节的驱动力；
[0025]4)本技术公开的一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节，介电弹性体驱动机构和折叠式支撑机构对称设置，由此产生的压缩位移和弯曲角度更大，工作空间也更大。
附图说明
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介电弹性体驱动的刚性折纸式灵巧手模块化驱动指节,包括指节，其特征在于，所述指节包括：支架单元，所述支架单元包括分别位于所述指节两端的两个支架体；驱动组件，所述驱动组件包括介电弹性体驱动机构，每个所述介电弹性体驱动机构连接在所述两个支架体之间，所述介电弹性体驱动机构包括介电弹性体驱动器，所述介电弹性体驱动器弯曲形变带动所述指节形变；折叠组件，所述折叠组件包括折叠式支撑机构，每个所述折叠式支撑机构连接在所述两个支架体之间，所述折叠式支撑机构包括刚性折纸单元，所述指节形变带动所述刚性折纸单元折叠形变。2.如权利要求1所述的灵巧手模块化驱动指节，其特征在于，所述驱动组件包括沿所述指节的周向依次设置的多处所述介电弹性体驱动机构，所述折叠组件包括沿所述指节的周向依次设置的多处所述折叠式支撑机构。3.如权利要求1所述的灵巧手模块化驱动指节，其特征在于，每个所述介电弹性体驱动机构包括分别与所述两个支架体连接的两个所述介电弹性体驱动器，同一所述介电弹性体驱动机构的两个所述介电弹性体驱动器的相接处位于所述指节的长度二等分处且同一所述介电弹性体驱动机构的两个所述介电弹性体驱动器的相接处向所述指节的内侧弯曲形变，每个所述折叠式支撑机构包括分别与所述两个支架体连接的两个所述刚性折纸单元，同一所述折叠式支撑机构的两个所述刚性折纸单元的相接处位于所述指节的长度二等分处且同一所述折叠式支撑机构的两个所述刚性折纸单元均向所述指节的内侧折叠形变。4.如权利要求1所述的灵巧手模块化驱动指节，其特征在于，所述介电弹性体驱动器包括叠置在一起...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庭，李阳，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：