专利摘要

专利摘要

一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是它主要由夹持部件、紧固件、基座等组成，全部组成零件均采用聚合物材料制成，可在强酸、强碱等恶劣环境中应用，具有结构简单、质量轻、无给油和可折叠等优点，本发明进一步拓展了机械手的使用范围，可大幅减轻操作人员的劳动强度、保障操作人员的人身健康、实现安全高效的生产。

权利要求

1.一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是：它由采用单向形状记忆聚合物材料制成的夹持部件（1）和变形部件（3）、由常规聚合物制成的紧固件以及基座（5）组成；夹持部件（1）的一端通过紧固件固定在基座（5）上，变形部件（3）的一端通过紧固件与基座（5）相连，变形部件（3）的另一端与夹持部件（1）铰接相连。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是所述的夹持部件（1）和变形部件（3）中至少有一个已经经过预变形处理。

3.根据权利要求2所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是所述的预变形是拉伸、弯曲、扭曲、卷曲或者压缩中的一种或多种组合。

4.一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是：它由采用双向形状记忆聚合物材料制成的夹持部件（1）和由常规聚合物制成的紧固件以及基座（5）组成，所述的夹持部件（1）的一端通过紧固件与基座（5）固定相连。

5.根据权利要求1或4所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是所述的基座（5）为形状记忆聚合物体或常规聚合物体。

6.根据权利要求1或4所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是所述的单向或双向形状记忆聚合物是纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合。

7.根据权利要求6所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是所述的聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料。

8.根据权利要求1或4所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是所述的夹持部件（1）和变形部件（3）的形状恢复率的范围为5~99%。

9.根据权利要求1或4所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是所述的夹持部件（1）和变形部件（3）所使用的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合。

10.根据权利要求9所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是采用温度变化驱动方式时，采用电驱动方式，夹持部件（1）和变形部件（3）的变形率和形状恢复率通过控制其内置电阻丝的加热温度来控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种抓夹机械装置，尤其是一种用于特种行业的机械手，具体地说是一种能耐强酸强碱腐蚀的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手。

背景技术

在高温、高压、有放射性以及毒性污染等的恶劣环境中，应用机械手可以部分或全部地代替操作人员进行生产，从而减轻操作人员的劳动强度、保障操作人员的人身健康、实现安全高效的生产。然而，目前市场上的机械手大多为金属材质，虽然强度高﹑动作准确而且迅速，但是其耐腐蚀能力有限，并不能适于某些特种环境（如强酸、强碱环境）下使用。例如，工业生产中经常要对不锈钢进行全面的酸洗钝化，以清除各类油污，氧化皮，焊斑等；再如，酸洗牛仔裤是一种用浮石在氯气环境下研磨漂白织物，进而达到使之柔软并具特殊的视觉效果而采取的处理方法。显然，诸如上述两例均需在强酸环境下进行操作，在这种工况下无法使用现有金属材质的机械手。目前，解决该问题的一般思路是在金属材质机械手表层增加耐腐蚀涂层。然而，一方面，增加耐腐蚀涂层无疑会增加机械手的成本；另一方面，耐腐蚀涂层一般均较薄，机械手在抓取、搬运物料过程该涂层极易损耗。此外，现有金属材质的机械手，还存在结构复杂、质量重及震动衰减性差等诸多不足。

聚合物具有极强的耐腐蚀性能，已成为一种重要的新型工程材料。而且，很多聚合物材料具有显著的形状记忆效应，能够感知环境的变化，并以形变的方式做出响应，具有大变形和高恢复的特性。形状记忆聚合物，不仅力学性能可调整范围大，而且其驱动方式有多种，如热驱动、光驱动、溶液驱动等。形状记忆聚合物这些特点使其成为制作机械手的极为理想的选择。目前，热致驱动是形状记忆聚合物最为普遍的一种驱动方式，现以热致形状记忆聚合物为例来简述聚合物的形状记忆效应：(1) 预变形：将已赋予形状的形状记忆聚合物加热到一定的温度使其由玻璃态转变到橡胶态或者由固态转变至熔融状态，并施加外力使其变形，维持变形状态下冷却，聚合物又从橡胶态转变到玻璃态或从熔融态变回固态并全部或部分保持变形后的形状。(2) 自发形状恢复：当已变形的聚合物被加热到不低于玻璃化转变的起始温度或者熔融转变的起始温度时，材料全部或部分恢复到原来的形状状态。专利CN 102325632 A（抓夹指、抓夹工具和用于调整抓夹工具的方法），首次将形状记忆聚合物材料用于抓夹类机械装置；但是，该专利仅是在抓夹工具的夹持表面上装有一些形状记忆聚合物薄膜块，通过形状记忆聚合物材料的形状记忆效应，来调整抓夹工具夹持表面形状以适于精确抓夹不同形状的对象，如不同形状的电子元器件。

综述所述，目前尚未有一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手可供使用，一定程度上限制了机械手的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有金属材质的机械手不适于强酸、强碱等环境下工作且存在结构复杂、质量重及震动衰减性差等不足，发明一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手。

本发明的技术方案之一是：

一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是：它由采用单向形状记忆聚合物材料制成的夹持部件1和变形部件3、由常规聚合物制成的紧固件以及基座5组成；夹持部件1的一端通过紧固件固定在基座5上，变形部件3的一端通过紧固件与基座5相连，变形部件3的另一端与夹持部件1铰接相连。

所述的夹持部件1和变形部件3中至少有一个已经经过预变形处理。

所述的预变形是拉伸、弯曲、扭曲、卷曲或者压缩中的一种或多种组合。

本发明的技术方案之二是：

一种基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，其特征是：它由采用双向形状记忆聚合物材料制成的夹持部件1和由常规聚合物制成的紧固件以及基座5组成，所述的夹持部件1的一端通过紧固件与基座5固定相连。

所述的基座5为形状记忆聚合物体或常规聚合物体。

所述的单向形状记忆聚合物是纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合。

所述的聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料。

所述的夹持部件1和变形部件3的形状恢复率的范围为5~99%。

所述的夹持部件1和变形部件3所使用的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合。

采用温度变化驱动方式时，采用电驱动方式，夹持部件1和变形部件3的变形率和形状恢复率通过控制其内置电阻丝的加热温度来控制。

本发明的有益效果是：

（1）本发明所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手具有很好的耐腐蚀性，可用于强酸、强碱等高腐蚀性环境，拓展了机械手的使用范围，可大幅减轻操作人员的劳动强度、保障操作人员的人身健康、实现安全高效的生产。

（2）本发明所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，具有结构简单，可折叠封装、质量轻的优点；聚合物材料的密度一般约为2，钢质材料约为8，相同体积下其重量减轻了3倍。

（3）本发明所述的基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手，具有耐磨损、减震效果好，使用寿命长，其综合技术经济性突出等特点。

附图说明

图1 是本发明的处于展开状态下的基于单向形状记忆聚合物机械手的结构示意图之一

图2 是图1的机械手处于闭合状态时的结构示意图。

图3 是本发是有的处于闭合状态下的基于双向形状记忆聚合物机械手的结构示意图之二。

图4是图3所示的机械手的展开状态示意图。

图中：1、为夹持部件，3、为变形部件，5、为基座，2、为紧固件，4、为紧固件。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。本发明的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本发明技术方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。

实施例一：

如图1、2。

一种基于单向热致形状记忆聚合物的机械手装置，包括夹持部件1、变形部件3和基座5。夹持部件1采用碳纤维/环氧形状记忆复合材料制作，变形部件3使用苯乙烯形状记忆聚合物泡沫材料制作，基座5使用碳粉/环氧形状记忆复合材料制作，紧固件2、4采用环氧聚合物制作。其中, 夹持部件1由紧固件2（螺栓）固定在基座5上，变形部件3由紧固件（螺栓）4和2分别连接在基座5和夹持部件1之间，为了便于变形，连接部位应能保持相对转动。变形部件3与基座5内部埋有电阻丝，夹持部件1中的碳纤维为导体，三者均与电源相连。

具体实施时：

所述的夹持部件1和变形部件3中至少有一个已经经过预变形处理。所述的预变形可为拉伸、弯曲、扭曲、卷曲或者压缩中的一种或多种组合，所述的基座5可采用为形状记忆聚合物体或常规聚合物体。所述的单向形状记忆聚合物是纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合。所述的聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料。所述的夹持部件1和变形部件3的形状恢复率的范围为5~99%。所述的夹持部件1和变形部件3所使用的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合。采用温度变化驱动方式时，采用电驱动方式，夹持部件1和变形部件3的变形率和形状恢复率通过控制其内置电阻丝的加热温度来控制。下面以电驱动为例对本发明的工作原理作进一步的说明。

机械手开始工作前，夹持部件1的初始形状如图2，变形部件3已经经过压缩预变形处理。电阻丝通电后，其电阻热效应使夹持部件1和变形部件3受热，变形部件3发生形状恢复而伸长，其恢复力推动夹持1发生预变形而处于伸展状态。断开电源，冷却后机械手固定为张开状态，如图1所示。

当电阻丝再次通电后，其电阻热效应使夹持部件1和变形部件3受热，夹持部件1发生形状恢复而弯曲，其恢复力使变形部件3再次产生压缩预变形。冷却后，机械手固定为闭合状态，如图2所示。

实施例二：

如图3、4。

一种基于双向形状记忆聚合物的机械手装置，包括夹持部件1、紧固件4和基座5。夹持部件1采用具有双向形状记忆的碳纤维/多相共聚酯-氨基甲酸乙酯共聚物复合材料为制作，其玻璃化转变温度分别为35℃和65℃；紧固件4和基座5采用环氧聚合物制作。夹持部件1由紧固件4固定在基座5上。

具体实施时：

所述的夹持部件1和变形部件3中至少有一个已经经过预变形处理。所述的预变形可为拉伸、弯曲、扭曲、卷曲或者压缩中的一种或多种组合，所述的基座5可采用为形状记忆聚合物体或常规聚合物体。所述的单向形状记忆聚合物是纯聚合物、聚合物泡沫或者聚合物复合材料中的一种或者多种组合。所述的聚合物复合材料是由粉体或者纤维与纯聚合物共混复合所形成的复合材料，或者是聚合物与弹性材料分层复合而形成的复合材料。所述的夹持部件1和变形部件3的形状恢复率的范围为5~99%。所述的夹持部件1和变形部件3所使用的形状记忆聚合物的驱动方式为温度变化、磁场变化、光场变化、电场变化或浸泡溶液浓度变化中的一种或多种组合。采用温度变化驱动方式时，采用电驱动方式，夹持部件1和变形部件3的变形率和形状恢复率通过控制其内置电阻丝的加热温度来控制。下面以电驱动为例对本发明的工作原理作进一步的说明。

机械手的夹持部件1的内部埋有电阻丝，可与电源相连，通电时电阻丝的热效应可使聚合物受热。通电加热至55℃时，机械手的夹持部件发生弯曲（形状为A），机械手处于闭合状态，如图3所示；冷却至室温下（25℃），夹持部件1展开(形状为B)，机械手处于张开状态，如图4所示。温度在55℃和25℃之间重复变化时，夹持部件1在A和B之间发生重复的可逆变化，从而实现机械手的闭合与张开。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

基于形状记忆聚合物的耐蚀轻质机械手专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。