具有可变刚度的柔性表面的夹持装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及机器人、机械手或机械夹具的制造，也涉及电、磁流变液的应用技术。它包括柔性膜和支撑件，支撑件由组成阵列的油压活塞机构和多路磁流变阀构成，油压活塞机构包括缸体和在缸内直线运动的活塞，柔性膜表面分别与活塞端头固连，多路磁流变阀的阀体上设有两个或两个以上的接口，每个接口与一个活塞缸体接通，构成密封连通空腔，腔体内盛有磁流变液；阀体内置有两块由软磁性材料构成的磁极，两磁极间的距离为至少０．５毫米。磁流变液也可由电流变液代替，并用电流变阀代替磁流变阀。本装置通过调节多路电、磁流变阀内的电压或磁场大小，达到无级调节柔性膜各个位置的刚度，能适应不同刚度、不同形状的被夹持物。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人、机械手或机械夹具的制造技术，也涉及电、磁流变液的应用

技术介绍
在机器人工业以及精细加工等
中，常常需要使用具有可变刚度的柔顺表面的装置，例如机械手或机械夹具等。当需要抓住或夹持住一个不规则外形的物体时，为防止夹伤被夹持物、提高夹持的稳固度，要求夹持物与被夹持物相接触的表面具备一定的柔性，以增加接触面积、降低接触应力。现有技术中采用的方法主要是使用弹性材料，即使用橡胶、高分子聚合物等弹性材料包覆接触表面，也有使用特殊机械结构的情况，例如使用针状触头加弹簧复位装置形成的柔性外表面等。但这些现有的方法存在以下无法克服缺点(1)无论是使用弹性材料，还是使用普通的弹簧机械结构，其夹持物表面的刚度都无法根据实际使用要求作任意的调节；(2)夹持物使用弹性变形来拟合被夹持物外形时，由于被夹持物外表面所受压力不均衡，如其突起部分的应力较大，而凹下部分可能无法作用到夹持力，所以可能出现夹坏被夹持物表面或夹持不稳的现象；(3)夹持物柔顺表面的变形是受挤压力作用产生的，当到达变形点后，如果受到其它外力影响仍会改变形状，所以不能非常稳固地固定住被夹持物的位置。电流、磁流变液是近几十年发展起来的新技术。电流、磁流变液在外加电场的作用下，液体的粘性会随电场强度的增加而明显增大，直到发生相变而迅速固化，其固化过程在瞬间即可完成，而且该过程具有可逆性。随着对电流、磁流变液的不断深入的研究，其应用前景受到很多行业的关注。但由于技术本身的复杂性，至今有关电、磁流变阀还处在初步探索阶段，没有其在工程中实际应用的报道。
技术实现思路
本技术的目的是，针对现有技术中的不足，提供一种利用电流、磁流变阀来控制柔性表面的刚度变化，从而构成具有可变刚度的柔性表面的夹持装置。本技术的解决方案如下本技术的具有可变刚度的柔性表面的夹持装置，包括有柔性膜及其支撑件，其特征在于，所述支撑件由组成阵列的油压活塞机构和多路磁流变阀构成，油压活塞机构包括缸体和在活塞缸内直线运动的活塞，柔性膜的表面分别与活塞端头表面固连，所述多路磁流变阀的阀体用非铁磁性材料制成，该阀体上设置有两个或两个以上的接口，每个接口与一个活塞缸体接通，构成密封连通空腔，腔体内盛有磁流变液；阀体内置有两块由软磁性材料构成的磁极，两磁极间的距离至少为0.5毫米，它们的外端连接成一体并绕有与电源接通的磁线圈；或者阀体内设置一块由软磁性材料构成的绕有电磁线圈的磁极，该磁极与阀体内端面之间的距离至少为0.5毫米；所述腔体内盛装的磁流变液也可以由电流变液代替，并用多路电流变阀代替多路磁流变阀，该阀阀体由不导电材料制成，其性状结构与多路磁流变阀相同，阀体内置有两块由导电材料构成的电极，两电极间的距离至少为0.5毫米，两电极分别由导线引出阀体外与电源接通。当阀体腔内只设有一个绕上电磁线圈的磁极时，磁流变液从磁极的一端流过，用电流控制磁场，可以简化结构，但是此时磁场强度会比封闭磁路的磁场强度低一半左右。在实际使用中，可以根据夹持物体的不同或不同的夹持位置所需夹持力的差异，选择使用不同数量的油压活塞机构及多路磁流变阀，当需要使用多个多路阀时，每个阀使用独立的电源控制，这样可以分布式控制不同位置的油缸活塞运动阻力，从而可以任意改变柔顺表面上任何位置的接触刚度。如果在每个油压活塞缸上设置压力传感器来感测此处的触点压力，并且传输到计算机中，可以通过特定的程序来调控不同位置的夹持力。本技术的具有可变刚度的柔性表面的夹持装置，具有以下优点(1)通过调节多路电、磁流变阀内的电压或磁场大小，可以无级调节油缸内活塞的运动阻力，从而达到可以无级调节柔顺表面各个位置软硬刚度的目的，同时由于设有活塞的油缸阵列是布置在一个平面上的，因此柔性膜表面的变形是二维的，能够适应各种不同刚度、不同形状的被夹持物；(2)由于柔性膜表面的变形是依靠活塞运动产生，并且压力可调。因此对于形状各异的物体表面都可以做到各处压力适当，这样既可以保证不会夹坏被夹持物，又可以保证夹持的稳固性；(3)柔性膜表面的刚度随时可调，当物体被夹住前，可以调节刚度为最小，从而最快地拟合物体表面形状；当物体被夹住后，可以立即改变刚度到最大，使变形后的柔顺表面无法再改变形状，从而非常牢固可靠地保持被夹持物的位置和稳定性；(4)相对于纯机械控制的系统，本技术的夹持装置，结构比较简单。以下通过实施例及其附图作进一步描述。附图说明图1为本技术的具有可变刚度的柔性表面的夹持装置的实施例结构示意图。图2为本技术所述的具有多个多路磁流变阀并使用计算机控制的夹持装置的实施例示意图图3为本技术中使用的多路磁流变阀实施例结构示意图。图4为本技术中使用的单磁极多路磁流变阀实施例结构示意图。图5为本技术中使用的多路电流变阀实施例结构图。具体实施方式参见图1，1为多路磁流变阀，该阀体上设有6个接口，通过管道分别与6个油压活塞机构的缸体2接通，阀体1及缸体2的空腔内置有磁流变液3，4为能在活塞缸内作直线运动的活塞，在活塞的头部安有小球5，以便于和柔性膜6(如弹性橡胶张力膜)的固连。7为固定缸体的铝板基座。当部分油缸的活塞被挤压后，其内部的磁流变液会通过磁流变阀1流到其它油缸内部使不受力的油缸活塞向外移动，直到接触到物体并达到相同的内部静水压。只要控制磁流变阀1对磁流变液的阻尼力大小，就可以控制柔顺面的刚度。图中虚线部分为设想的具有特定形状的被夹持物体。活塞将油缸2阵列粘接固定在铝板基座7上，粘结在活塞头上的柔性膜6整体就构成了一个可控柔顺面。使用管道将所有油缸的进出口连接到多路磁流变阀1上，这样就构成了一个类似于连通器的结构。当需要刚度很小时(如要夹住物体前)，可以调节电流为最小，使多路磁流变阀内的磁流变液能够任意流动，从而最快地拟合物体表面形状；当需要刚度很大时(如物体被夹住后)，可以调节电流到最大，封闭多路磁流变阀，磁流变液无法自由进出油缸，使变形后的柔顺表面无法再改变形状，从而保持变形后位置。此外，还可以在夹持过程中根据需要调节电流大小来改变接触刚度。参见图2，根据所需柔性膜面积的大小，同一台夹持装置中可以使用多个多路磁流变阀。本实施例中选用了3个多路磁流变阀，每个多路磁流变阀分别与6个油压活塞机构的缸体接通。每个油缸上安装有压力传感器8，其测得的压强信号反映了该油缸活塞触点和被夹持物之间的压力大小。将6个油缸的管道连接到同一个多路磁流变阀1上，对这6个油缸的运动阻力就可以独立控制了。所有的油缸压强信号都送入计算机系统9中处理，根据预先设定好程序和实时给出的指令要求，经计算后再从计算机系统中送出控制信号到不同的多路磁流变阀中，控制这部分油缸的运动阻力，便可以按照实际情况和要求调节柔性膜面上某一部分的当前响应。图中箭头表示压力传感器8的压强信号的传递方向。参见图3，所示多路磁流变阀中使用铝合金制成空心圆环状的阀体10，用电工纯铁制成C型衔铁，衔铁开口处在阀体10内构成上下两块圆片状的磁极11和12并封闭阀体，磁极与阀体之间使用高强度环氧树脂胶直接粘结密封，C型磁铁的中段套有CJ10-60交流接触器电磁线圈13，构成磁流变阀的电磁铁，磁流变液3从磁极11和12之间的间隙中流过。本实施例选用的磁极直径为16mm，其上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可变刚度的柔性表面的夹持装置，包括有柔性膜及其支撑件，其特征在于，所述支撑件由组成阵列的油压活塞机构和多路磁流变阀构成，油压活塞机构包括缸体和在活塞缸内直线运动的活塞，柔性膜的一个表面分别与活塞端头表面固连，所述多路磁流变阀的阀体用非铁磁性材料制成，该阀体上设置有两个或两个以上的接口，每个接口与一个活塞缸体接通，构成密封连通空腔，腔体内盛有磁流变液；阀体内置有两块由软磁性材料构成的磁极，两磁极间的距离至少为０．５毫米，它们的外端连接成一体并绕有与电源接通的磁线圈。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张先舟，龚兴龙，张培强，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]