一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人制造技术

本发明专利技术公开一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，包括：基于介电弹性体的锥形驱动器和支撑架；基于介电弹性体的锥形驱动器，包括介电弹性体和施载质量块；介电弹性体安装于支撑框架中，支撑框架安装于支撑架上；介电弹性体包括介电弹性体薄膜和分别设置于介电弹性体薄膜上下两面上的柔性电极；施载质量块放置于介电弹性体的上部中心；施载质量块连接安装于支撑架上的单向轮系统。本发明专利技术公开的小型移动机器人，由介电弹性体驱动，质量轻、无噪声、能量密度高、具备柔性、仿生性；单层介电弹性体薄膜可以驱动的施载质量块总质量为20‑80g之间，负载能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人
本专利技术属于小型机器人领域，具体涉及一种基于介电弹性体的锥形驱动移动机构。
技术介绍
小型移动机器人具备体积小、质量轻、能耗低、机动灵活、成本低等特点，以探测、侦察为背景，在工业、军事、抢险救灾等领域有较大的应用潜力。传统的小型移动机构主要由电机驱动，移动速度较快，但是结构、控制复杂、质量大，难以微小型化，且运动过程中有噪声，柔性、仿生性能差。介电弹性体是一种电活性聚合物智能材料，又被称为“人工肌肉”，将其用于移动机构驱动器具有诸多优点，质量轻、变形大、能耗低、响应快、无噪声、具有柔性、制作简单、成本低，是一种良好的仿生材料。由于其输出力较小，现有基于介电弹性体驱动的机器人，大都存在运动速度慢、负载能力差等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，以解决传统微小型移动机器人机构、控制复杂、质量重，现有基于介电弹性体移动机器人负载能力差的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，包括：基于介电弹性体的锥形驱动器和支撑架；基于介电弹性体的锥形驱动器，包括介电弹性体和施载质量块；介电弹性体安装于支撑框架中，支撑框架安装于支撑架上；介电弹性体包括介电弹性体薄膜和分别设置于介电弹性体薄膜上下两面上的柔性电极；施载质量块放置于介电弹性体的上部中心；施载质量块连接安装于支撑架上的单向轮系统。进一步的，支撑框架包括上部框架和下部框架，介电弹性体薄膜夹持于上下部支撑框架之间。进一步的，介电弹性体薄膜为聚丙烯酸酯材料。进一步的，介电弹性体薄膜选用VHB4910胶带，至少经过等双轴2.5×2.5以上倍数的机械预拉伸形成。进一步的，支撑框架中设置多层介电弹性体薄膜，相邻两层电弹性体薄膜件共用一层柔性电极。进一步的，单向轮系统包括连接轴和若干单向轮；连接轴固定连接施载质量块；支撑架的底部一侧安装有若干单向轮，另一侧设置有滑槽；连接轴穿过滑槽；连接轴两端安装有单向轮。进一步的，支撑架为3D打印支撑架。进一步的，于支撑框架插于支撑架上。进一步的，在柔性电极未通电的初始状态，施载质量块处于第一平衡位置；当介电弹性体两侧柔性电极加载电压时，介电弹性体刚度下降，在预载荷的作用下施载质量块和介电弹性体向下运动到第二平衡位置，断电后介电弹性体刚度上升，在回复力的作用下施载质量块向上运动回到第一平衡位置，完成一个运动周期；施载质量块的运动过程中带动单向轮系统单向运动。进一步的，柔性电极中加载正弦交流电，介电弹性体带动施载质量块在第一平衡位置和第二平衡位置之间往复运动，实现单向轮系统单向运动。介电弹性体采用铜箔电极、铁氟龙超细特软镀银线。介电弹性体薄膜经过等双轴机械预拉伸后，由上、下部支撑框架夹紧；在介电弹性体薄膜正、反两侧均匀涂抹柔性导电碳膏，形状为圆形；再将铜箔分别粘附于上、下部支撑框架，作为导线接触电极。碳膏具体为MGChemicals公司CARBONCONDUCTIVEGREASE,碳膏涂抹区域为介电弹性体中心，形状为圆形。基于介电弹性体的锥形驱动器，由施载质量块为介电弹性体薄膜提供预载荷，该质量块在实际应用中，既是移动机器人负载也为其提供预载荷。连接杆，材料为碳纤维，顶端与施载质量块固定连接，底端与摩擦端固定连接。3D打印快速成型的支撑架，材料为光敏树脂，由光固化3D打印机加工完成，一体化制作，免除安装、结构紧凑、制作周期短、加工成本低。支撑架顶部有滑轨，介电弹性体锥形驱动器可插入其内，重复利用，方便拆装，底部前端有轮轴，方便单向轮安装，底部后端开有长方形槽，连接轴可在其内前后运动。单向轮，其轮毂为合成树脂，轮胎为合成橡胶，将轮毂与单向轴承固定连接，组合而成只可沿固定方向运动的单向轮。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术公开的小型移动机器人，由介电弹性体驱动，质量轻、无噪声、能量密度高、具备柔性、仿生性。该基于介电弹性体的锥形驱动器，结构简单、紧凑，负载能力强，无需传动机构，驱动力使用效率高。单层介电弹性体薄膜可以驱动的施载质量块总质量为20-80g之间，负载能力强。附图说明图1为本专利技术一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人初始状态结构示意图；图2为图1的立体视图。图3为本专利技术一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人加载电压状态结构示意图。图4为本专利技术一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人中锥形驱动器结构示意图。图中：1、施载质量块；2、连接杆；3、介电弹性体；4、3D打印支撑架；5、单向轮；6、支撑框；7、柔性电极；8、连接轴；9、单向轴承。具体实施方式下面将结合具体实施和附图对本专利技术进行详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。请参阅图1和图2所示，本专利技术一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人包括：基于介电弹性体的锥形驱动器，3D打印支撑架4和单向轮5。基于介电弹性体的锥形驱动器，包括介电弹性体3和施载质量块1；驱动器整体结构尺寸70×70×2mm。介电弹性体3包括介电弹性体薄膜和分别设置于介电弹性体薄膜上下两面上的柔性电极7，介电弹性体薄膜为聚丙烯酸酯材料，具体选用3M公司VHB4910胶带，至少经过等双轴2.5×2.5以上倍数的机械预拉伸，可以通过叠加多层介电弹性体薄膜，以增加薄膜整体驱动力。具体根据移动机器人负载情况调整，负载越大，需要驱动力越大，需要介电弹性体薄膜层数越多。介电弹性体薄膜夹持于上下部支撑框架之间；当有多层介电弹性体薄膜叠加时，相邻两层薄膜中，上层薄膜的下表面与下层薄膜的上表面共用一层柔性电极。上、下部支撑框架，材料为有机玻璃等轻质刚性材料，形状为外方内圆形。上、下部支撑框架固定在3D打印支撑架4上；3D打印支撑架4的底盘一端铰接两个单向轮5，另一端设置有长方形滑槽90。基于介电弹性体的锥形驱动器采用施载质量块1施加预载荷，充分发挥介电弹性体3大变形的优点，对质量块1赋予双重使用价值，将实际负载质量转化为锥形驱动器预载荷，提高该小型移动机器人负载能力。施载质量块总质量为20-80g之间。施载质量块1包括下部圆柱体10和上部的块体11，圆柱体10余块体11固定连接，圆柱体10放置于介电弹性体3的上部中心；块体11通过倾斜设置的连接杆2连接有连接轴8，连接轴8穿过长方形滑槽90；连接轴8两端安装有单向轴承9，单向轴承9外圈安装轻质轮胎，构成单向轮5。本专利技术基于介电弹性体的新型锥形驱动机器人运动原理如下：介电弹性体3可近似为不可压缩、各向同性材料，通过外接高压电源给介电弹性体3正、反两面的电极7，加载完全相反的电荷，两层电极产生吸引力，挤压介电弹性体3在垂直电场方向变薄。因此，介电弹性体3通电时发生大变形，断电后快速恢复原状，使得驱动器在通，断电时表现出不同的刚度。如图1所示，为移动机器人初始状态，介电弹性体锥形驱动器未加电，处于第一平衡位置。当在介电弹性体3两侧电极7加载电压时，锥形驱动器刚度下降，在预载荷的作用下施载质量块1和介电弹性体3向下运动到第二平衡位置(图3)，断电后锥形驱动器刚度上升，在回复力的作用下向上运动回到第一平衡位置，完成一个运动周期。向其加载正弦交流电，便可实现锥形驱动器在第一平衡位置和第二平衡位置之间的往复运动。锥形驱动器的施载质量块1末端固接一根连接杆2，当连接杆2顶端随驱动器上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，其特征在于，包括：基于介电弹性体的锥形驱动器和支撑架；基于介电弹性体的锥形驱动器，包括介电弹性体(3)和施载质量块(1)；介电弹性体(3)安装于支撑框架中，支撑框架安装于支撑架上；介电弹性体(3)包括介电弹性体薄膜和分别设置于介电弹性体薄膜上下两面上的柔性电极(7)；施载质量块(1)放置于介电弹性体(3)的上部中心；施载质量块(1)连接安装于支撑架上的单向轮系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，其特征在于，包括：基于介电弹性体的锥形驱动器和支撑架；基于介电弹性体的锥形驱动器，包括介电弹性体(3)和施载质量块(1)；介电弹性体(3)安装于支撑框架中，支撑框架安装于支撑架上；介电弹性体(3)包括介电弹性体薄膜和分别设置于介电弹性体薄膜上下两面上的柔性电极(7)；施载质量块(1)放置于介电弹性体(3)的上部中心；施载质量块(1)连接安装于支撑架上的单向轮系统。2.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，其特征在于，支撑框架包括上部框架和下部框架，介电弹性体薄膜夹持于上下部支撑框架之间。3.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，其特征在于，介电弹性体薄膜为聚丙烯酸酯材料。4.根据权利要求1或3所述的一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，其特征在于，介电弹性体薄膜选用VHB4910胶带，至少经过等双轴2.5×2.5以上倍数的机械预拉伸形成。5.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，其特征在于，支撑框架中设置多层介电弹性体薄膜，相邻两层电弹性体薄膜件共用一层柔性电极。6.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈花玲，李智强，汤超，李博，石雪松，朱良全，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61