一種基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構及抓捕空間碎片方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構及抓捕空間碎片方法。
【背景技術】
[0002]近年來，智能聚合物材料與結構技術發(fā)展較快，尤其是航天領域的展開結構機構應用受到更加廣泛的重視和認可，一些基于介電彈性體或形狀記憶聚合物復合材料的智能主動變形結構已經(jīng)完成原理性演示驗證，并已獲得型號上的應用。傳統(tǒng)的機械臂都是以剛性的材料為組件。而基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構，通過材料的自身變形驅(qū)動，無需借用電機或機械，具有質(zhì)量輕，可重復工作、能耗低等特點。利用介電彈性體和形狀記憶聚合物兩種智能驅(qū)動器材料替代目前傳統(tǒng)的航天機械、電動機驅(qū)動結構，通過材料和結構自身的主動變形來實現(xiàn)柔性抓捕結構的可控展開和重復抓捕，具有無附加復雜的驅(qū)動機構、結構簡單、重量輕、展開過程穩(wěn)定和沖擊較小等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的航天機械、電動機驅(qū)動抓取結構復雜，質(zhì)量大的問題，進而提出一種基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構及抓捕空間碎片方法。
[0004]一種基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構主要由基于形狀記憶聚合物復合材料薄板片層的展開結構即三翼式展開梁I與基于介電彈性體的柔性抓捕結構II ;其中三翼式展開梁結構I由主軸II1、片層IV、片層連接件V、片層連接件配件VI組成；介電彈性體柔性抓捕結構II由介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構和介電彈性體柔性抓捕結構的支撐結構組成，其中介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構由彈簧νπ、介電彈性體廁、碳涂層IX組成；
[0005]三翼式展開梁結構II的一端采用螺栓緊固或鉚接的固定方式連接在基于介電彈性體的柔性抓捕結構II上，其中，三翼式可展開梁結構片層IV、片層連接件V、片層連接件配件VI采用鉚接的連接方式連接在主軸III上，介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構和介電彈性體柔性抓捕結構的支撐結構采用緊定套固定的方式連接，介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構外圈的徑向尺寸被壓縮而夾緊在支撐結構上，固定單個爪的軸向，其中，介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構種彈簧νπ連接在介電彈性體VID中，并且介電彈性體VID外涂有碳涂層IX。
[0006]本發(fā)明的一種基于可重復柔性抓捕結構的抓捕過程通過以下步驟實現(xiàn):
[0007]步驟一、將形狀記憶聚合物復合材料片層組裝起來，得到基于形狀記憶聚合物復合材料片層的展開結構即三翼式展開梁I ;制備基于介電彈性體的抓捕結構II，于介電彈性體的抓捕結構II外層以形狀記憶聚合物包覆；
[0008]步驟二、采用電加熱的方式，驅(qū)動和控制介電彈性體的抓捕結構II到指定抓捕位置；
[0009]步驟三、采用電加熱的方式對包覆于介電彈性體外側的形狀記憶聚合物加熱至轉變玻璃化溫度以上，采用電驅(qū)動的方式驅(qū)動基于介電彈性體的抓捕結構II，抓捕衛(wèi)星或空間碎片；
[0010]步驟四、停止對介電彈性體包覆于外側的形狀記憶聚合物加熱，抓取形狀被包覆于外層的形狀記憶聚合物所固定，完成抓取動作；
[0011]步驟五、解除介電彈性體內(nèi)的電壓，并再次對包覆于介電彈性體外側的形狀記憶聚合物加熱，裝置恢復原狀；重復以上步驟完成第二次抓取動作。
[0012]發(fā)明效果:
[0013]1、本發(fā)明的展開結構由形狀記憶聚合物設計構成，它與傳統(tǒng)展開結構存在的重量大，機械結構復雜，展開過程不穩(wěn)定，制造工業(yè)復雜相比，本發(fā)明基于形狀記憶聚合物的展開結構具有以下優(yōu)點:
[0014](1)結構簡單可靠，穩(wěn)定性高，質(zhì)量輕；
[0015](2)結構展開所需驅(qū)動力較小，過程比較平穩(wěn)，對系統(tǒng)的沖擊小，尤其避免了展開開始瞬間和鎖緊末期劇烈的沖擊載荷；
[0016](3)具有設計的靈活性。
[0017]2、本發(fā)明形狀記憶聚合物利用其自身的性質(zhì)完成其展開過程，只需要在其表面安裝電熱膜，直接加熱，或者涂導電膠，而不需要復雜的機械結構，結構簡單；由于形狀記憶聚合物性質(zhì)穩(wěn)定，展開機理簡單，其展開過程可靠性高，依靠材料的變形回復過程進行展開，展開過程回復力平穩(wěn)；由于沒有復雜的驅(qū)動原件，在沖擊與震蕩下只要承載結構不被破壞，機構就能正常展開與正常工作；本發(fā)明的抓取結構由介電彈性體與形狀記憶聚合物的構成，驅(qū)動原理簡單。
【附圖說明】
[0018]圖1為基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構示意圖，該結構主要由基于形狀記憶聚合物復合材料薄板片層的展開結構即三翼式可展開梁I和基于介電彈性體的柔性抓捕結構II組成；
[0019]圖2為基于形狀記憶聚合物三翼式可展開梁I結構片層單元示意圖；其中三翼式可展開梁I結構片層單元由主軸II1、片層IV、片層連接件V、片層連接件配件VI組成；
[0020]圖3為基于介電彈性體柔性抓捕結構示意圖；基于介電彈性體柔性抓捕結構II由介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構如圖3a中X和介電彈性體柔性抓捕結構的支撐結構如圖3b組成，圖3a為介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構制備流程示意圖；其中介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構由彈簧VI1、介電彈性體VID、碳涂層IX組成；
[0021 ]圖4為基于介電彈性體六爪式柔性抓捕結構示意圖，其中圖4a為基于介電彈性體六爪式柔性抓捕結構的展開狀態(tài)，圖4b為基于介電彈性體六爪式柔性抓捕結構抓取狀態(tài)；
[0022]圖5為基于介電彈性體三爪式柔性抓捕結構示意圖；其中圖5a為基于介電彈性體三爪式柔性抓捕結構的展開狀態(tài)，圖5b基于介電彈性體三爪式柔性抓捕結構抓取狀態(tài)；
[0023]圖6為基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構，驅(qū)動和控制抓捕結構到指定抓捕位置的過程的示意圖；其中，圖6a為為基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構折疊狀態(tài)，圖6b為基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構展開狀態(tài)，圖6c為基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構完全展開狀態(tài)；
[0024]圖7為基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構抓捕狀態(tài)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合圖1-7和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0026]【具體實施方式】一、本實施方式基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構包括:
[0027]—種基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構主要由基于形狀記憶聚合物復合材料薄板片層的展開結構即三翼式展開梁I與基于介電彈性體的柔性抓捕結構II ;其中三翼式展開梁結構I由主軸II1、片層IV、片層連接件V、片層連接件配件VI組成；介電彈性體柔性抓捕結構II由介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構和介電彈性體柔性抓捕結構的支撐結構組成，其中介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構由彈簧νπ、介電彈性體廁、碳涂層IX組成；
[0028]三翼式展開梁結構II的一端采用螺栓緊固或鉚接的固定方式連接在基于介電彈性體的柔性抓捕結構II上，其中，三翼式可展開梁結構片層IV、片層連接件V、片層連接件配件VI采用鉚接的連接方式連接在主軸III上，介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構和介電彈性體柔性抓捕結構的支撐結構采用緊定套固定的方式連接，介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構外圈的徑向尺寸被壓縮而夾緊在支撐結構上，固定單個爪的軸向，其中，介電彈性體卷形彎曲驅(qū)動器結構種彈簧νπ連接在介電彈性體VID中，并且介電彈性體VID外涂有碳涂層IX。
[0029]本實施方式的有益效果:
[0030]1、本發(fā)明的展開結構由形狀記憶聚合物設計構成，它與傳統(tǒng)展開結構存在的重量大，機械結構復雜，展開過程不穩(wěn)定，制造工業(yè)復雜相比，本發(fā)明基于形狀記憶聚合物的展開結構具有以下優(yōu)點:
[0031](1)結構簡單可靠，穩(wěn)定性高，質(zhì)量輕；
[0032](2)結構展開所需驅(qū)動力較小，過程比較平穩(wěn)，對系統(tǒng)的沖擊小，尤其避免了展開開始瞬間和鎖緊末期劇烈的沖擊載荷；
[0033](3)具有設計的靈活性。
[0034]2、本發(fā)明形狀記憶聚合物利用其自身的性質(zhì)完成其展開過程，只需要在其表面安裝電熱膜，直接加熱，或者涂導電膠，而不需要復雜的機械結構，結構簡單；由于形狀記憶聚合物性質(zhì)穩(wěn)定，展開機理簡單，其展開過程可靠性高，依靠材料的變形回復過程進行展開，展開過程回復力平穩(wěn)；由于沒有復雜的驅(qū)動原件，在沖擊與震蕩下只要承載結構不被破壞，機構就能正常展開與正常工作；本發(fā)明的抓取結構由介電彈性體與形狀記憶聚合物的構成，驅(qū)動原理簡單。
[0035]【具體實施方式】二、本實施方式與【具體實施方式】一不同，實施方式所述的基于介電彈性體和形狀記憶聚合物的可重復柔性抓捕結構，其特征在于基于介電彈性體抓捕結構其外層包覆形狀記憶聚合物，其形狀記憶聚合物含有增強相。
[0036]【具體實施方式】三、本實施方式與【具體實施方式】