一种柔性致动器制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性致动器，包括：盖板，为一圆环结构；底板，位于盖板的下方，为一圆形结构，内部具有一个盲孔，盲孔底部具有一个充气孔；介电弹性体，预拉伸后紧压于盖板的下端面和底板的上端面之间，处于盖板和底板中间部分的介电弹性体为活动区域，介电弹性体由多层单层介电弹性体叠加而成，每层介电弹性体的活动区域按相同方式划分为对称的多个子区域；柔性电极，涂覆于每个子区域的上、下表面，相邻柔性电极之间保持间距；铝箔，一一对应布置于每个子区域的上、下表面，并从所述底板和盖板形成的边界引出。本发明专利技术具有柔性好、驱动力大、结构简单、通用性好的优点，结构简单、可反复使用、成本低、无噪声、无磁性、便于安装。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性致动器
本专利技术涉及致动器
，具体涉及一种柔性致动器。
技术介绍
传统致动器的致动方式大都采用机械致动、电机致动、液压致动，这些传统的致动器存在响应时间长、机械结构复杂、噪音大、柔性差、仿生性能差的问题。除了传统致动方式的致动器，近年来，研究人员研制出了很多基于形状记忆合金、磁致伸缩等新型功能材料致动的致动器，但上述致动器也存在着响应时间长、柔性差、仿生性能差的缺陷。介电弹性体是一种电场激活性聚合物材料，由于其性能类似自然肌肉，俗称人工肌肉。介电弹性体较其它新型功能材料和传统的致动技术有很多优点：结构简单、无需传动机构、可以直接对外做功；体积小、质量轻；无磁、无热、无噪声；功率质量比大(3.4J/g)；电-机械能量转换效率高(60％-90％)；响应速度快(10-3s)；变形大(最大380％)，可产生较大位移；具有柔性，便于结构安排，易于实现致动一体化。正是由于介电弹性体的上述优点，使得基于介电弹性体的致动器成为致动
的热点。冷劲松、刘彦菊等的专利技术专利“充气式介电弹性体半球形驱动器”(专利技术专利申请号：200810064273.7)提出了一种充气式介电弹性体半球形驱动器，主要有基板、第一软片、第二软片、第一介电弹性体薄膜、第二介电弹性体薄膜、第一电极、第二电极、第一铝箔、第二铝箔，第一软片的内表面上贴敷第一介电弹性体薄膜，第二软片的内表面上贴敷第二介电弹性体薄膜，第一介电弹性体薄膜与第二介电弹性体薄膜上端的内立面贴合，第一介电弹性体薄膜与第二介电弹性体薄膜底端与基板的上端面贴合，第一介电弹性体薄膜的内表面涂覆第一电极，第二介电弹性体薄膜的内表面涂覆第二电极，第一电极的外表面引出第一铝箔，第二电极的外表面引出第二铝箔。该方案利用介电柔性体薄膜在外加电场作用下，通过材料内部结构改变而伸缩、弯曲、束紧和膨胀。该方案虽然相对于传统致动器性能有所改善，但是依然存在以下问题：(1)其采用软片作为支撑框架，结构较为复杂，且对柔性性能造成影响。(2)其通过第一介电弹性体薄膜与第二介电弹性体薄膜的形变只能产生左右两个方向的致动力，应用领域受到限制。(3)其介电弹性体薄膜为单层，且只在一个表面涂覆电极，输出驱动力有限。(4)其所用电极为普通的石墨粉材料，导电性和流动性比较差，影响介电弹性体的变形能力。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种柔性致动器，具有柔性好、驱动力大、结构简单、通用性好的优点。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：盖板，为一圆环结构；底板，位于盖板的下方，其为一圆形结构，内部具有一个盲孔，盲孔底部具有一个充气孔；介电弹性体，预拉伸后紧压于盖板的下端面和底板的上端面之间，处于盖板和底板中间部分的介电弹性体为活动区域，紧压于盖板的下端面和底板的上端面之间部分的介电弹性体为固定区域，介电弹性体由多层单层介电弹性体叠加而成，每层介电弹性体的活动区域按相同方式划分为对称的多个子区域；柔性电极，涂覆于每层介电弹性体的每个子区域的上、下表面，相邻柔性电极之间保持间距；铝箔，一一对应布置于每层介电弹性体的每个子区域的上、下表面，并从所述底板和盖板形成的边界引出。进一步的，所述预拉伸介电弹性体由1～5层单层介电弹性体叠加而成。进一步的，所述柔性电极为超细碳黑粉、硅油、硅胶和正庚烷的混合物，其中硅油、硅胶的体积比为1：0.4～1：3，碳黑粉的质量为硅油、硅胶混合后质量的2～3倍，超细碳黑粉、硅油、硅胶混合在一起搅拌均匀后，再缓慢加入正庚烷进行搅拌，正庚烷的加入量至混合液达到粘稠状为止。如此采用，相较于其他电极，该柔性电极能很均匀地粘贴在介电弹性体表面，随着介电弹性体的变形而变形，具有流动性好、变形抗力小等优点。进一步的，所述介电弹性体沿径向按照2.5倍～4倍进行预拉伸，如此采用，介电弹性体的厚度更小，致动电压更低，介电弹性体的变形及输出力更大，致动性能更优异。进一步的，所述的一种柔性致动器，其特征在于，所述介电弹性体由1～5层单层介电弹性体叠加而成，且活动区域的每层介电弹性体被分成对称的2N个区域(这里，1≤N≤3，且N为整数)。进一步的，铝箔与所述每个区域的上下表面涂覆的柔性电极充分接触，如此设置，保证铝箔通电时，介电弹性体受电致动的可靠性，且铝箔的表面具有粘性胶液，同时利用介电弹性体本身的粘接性使得盖板、介电弹性体和底板的粘接更牢靠。本专利技术的有益技术效果体现在：充气前，柔性致动器处于未充气状态，介电弹性体上每个区域承受的预拉伸力相同，柔性致动器处于平衡状态。当从底板上的充气孔给致动器充气时，致动器处于半球形状态，此时气体作为柔性致动器的框架，与其他材料构成的框架相比，本专利技术的一种柔性致动器更加具有柔性，且结构更加简单。当在充气后的致动器上某一个介电弹性体子区域通过铝箔施加电压后，由于静电力作用，通电子区域介电弹性体将沿电压施加的方向产生收缩，而在垂直于电压施加的方向扩展延伸，产生较大的垂直于电场方向的应变，此时，与通电子区域介电弹性体对称子区域未通电介电弹性体受到预拉伸后的恢复力作用，会产生收缩，整个柔性致动器受力失去平衡，柔性致动器产生向通电介电弹性体区域相对的区域的致动力，柔性致动器向通电介电弹性体子区域相对的区域致动。不施加电压时，致动器恢复原状，随着外加电场和柔性电极连接方式的变化，致动器的形变发生变化，进而产生致动力，通过不同对称子区域选择和组合可得到不同大小和方向的致动力。介电弹性体薄膜可根据需要选择不同层数的单层介电弹性体，且每层介电弹性体的上下表面均涂覆柔性电极，使得致动器产生的致动力区间范围更大，而致动电压和单层致动时的电压一样，并没有增加。底板上设置盲孔，避免了处于活动区域的预拉伸的介电弹性体薄膜与底板直接接触，阻碍介电弹性体运动。总的来说，本专利技术一种柔性致动器具有柔性好、驱动力大、抗冲击性好、结构简单、可反复使用、成本低、无噪声、无磁性、便于安装等优点。本专利技术在面部表情、仿生机械、人工肌肉、航空航天、流量控制、肌肉的复位与增长等众多领域有着广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术一种柔性致动器充气状态后的整体结构图；图2为本专利技术一种柔性致动器未充气状态的整体结构图；图3为本专利技术一种柔性致动器底板的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的一种柔性致动器较佳实施方式，如图1所示，包括盖板1、介电弹性体薄膜2、底板3、柔性电极4和铝箔5；所述盖板1是一个圆环结构，盖板的圆环面上具有一圈螺纹通孔；所述底板3是一个圆形结构，如图3所示。其内部具有一个盲孔3-1，底板3上设置盲孔3-1，避免了介电弹性体薄膜2与底板3直接接触，阻碍介电弹性体薄膜2运动。底板3的底部中心具有一个带有螺纹的充气孔3-2，充气孔3-2与盲孔3-1贯通，通过该充气孔3-2给柔性致动器充放气。沿盲孔3-1的圆周面均匀分布着一圈螺纹孔3-3，所述螺纹孔3-3与盖板1圆环面上的螺纹通孔相对应，螺钉6通过螺纹孔3-3与盖板圆环面上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性致动器，其特征在于，包括：盖板，为一圆环结构；底板，位于盖板的下方，其为一圆形结构，内部具有一个盲孔，盲孔底部具有一个充气孔；介电弹性体，预拉伸后紧压于盖板的下端面和底板的上端面之间，处于盖板和底板中间部分的介电弹性体为活动区域，紧压于盖板的下端面和底板的上端面之间部分的介电弹性体为固定区域，介电弹性体由多层单层介电弹性体叠加而成，每层介电弹性体的活动区域按相同方式划分为对称的多个子区域；柔性电极，涂覆于每层介电弹性体的每个子区域的上、下表面，相邻柔性电极之间保持间距；铝箔，一一对应布置于每层介电弹性体的每个子区域的上、下表面，并从所述底板和盖板形成的边界引出。

【技术特征摘要】
1.一种柔性致动器，其特征在于，包括：盖板，为一圆环结构；底板，位于盖板的下方，其为一圆形结构，内部具有一个盲孔，盲孔底部具有一个充气孔；介电弹性体，预拉伸后紧压于盖板的下端面和底板的上端面之间，处于盖板和底板中间部分的介电弹性体为活动区域，紧压于盖板的下端面和底板的上端面之间部分的介电弹性体为固定区域，介电弹性体由多层单层介电弹性体叠加而成，每层介电弹性体的活动区域按相同方式划分为对称的多个子区域；柔性电极，涂覆于每层介电弹性体的每个子区域的上、下表面，相邻柔性电极之间保持间距；铝箔，一一对应布置于每层介电弹性体的每个子区域的上、下表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，袁长宏，李晓，
申请(专利权)人：湖北三江航天红林探控有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42