一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，包括四个相同结构的独立模块、同时连接四个独立模块的十字形中央横杆平台，所述独立模块包括固定支座、上框，预拉伸地夹紧固定在固定支座和上框之间的介电弹性体薄膜，所述介电弹性体薄膜正反两面通过“十字形”分割线分成四个面积相等的子区域，所述的四个子区域中涂覆有彼此隔离的导电涂层，所述介电弹性体薄膜正反两面的中部对称地粘合有十字架，所述十字形中央横杆平台的各端分别与对应的十字架中心固定连接。本实用新型专利技术通过转换不同区域的通放电即可实现六自由度的运动，有效降低了制造成本和维护成本、提高了能量转换效率，结构简单、质量轻、体积小、柔顺性和适应性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台
本技术涉及柔顺运动平台，尤其涉及一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，该平台可以实现低成本、轻质量以及高效率的定位。
技术介绍
目前，在工业中广泛使用的运动平台由金属材料制成的机械结构构成，这些运动平台往往结构比较复杂、价格昂贵、体积大、质量重、能量转换效率低。此外，刚性的运动平台的驱动和结构是分离的，控制复杂且维护和制造成本较高。刚性运动平台内部结构之间相对固定的形式限制了其在某些环境中的运动且其本身不存在较好的适应能力。随着科学技术发展对新的驱动方式以及结构方式的更高要求，此传统类型的刚性运动平台无法满足未来运动平台对质量轻、结构简单、价格便宜以及能量转换效率高的要求。近几十年慢慢出现并逐渐增加的对更高效能能量转换效率的需求吸引了大量的研究人员开发具有高效率以及更具有适应性的材料。介电弹性体作为一种智能驱动材料能够实现较高的能量转换效率以及可以实现机电系统的小型化并具有较高的柔顺性引起了较为外界较为广泛的关注，作为一种智能材料，介电弹性体可以在电场的驱动下实现电致伸缩，其潜在的结构简单、成本低廉、能量密度高等特点使得其在驱动领域有着巨大的应用价值。本次技术针对传统运动平台的不足进行了改进和创新，提出了一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，在保证可以实现六自由度运动功能的情况下，有效的降低了制造成本和维护成本、提高了能量转换效率，且具有整体构型简单、质量轻体积小等特点。
技术实现思路
本技术的目的在于避免现有的六自由度运动平台的一些不足而提供的一种新型的结构简单且能量转换效率高的全柔顺的运动平台，可以保证其低成本且高效地工作。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，包括合围成空心立方体由四个相同结构的独立模块、位于所述空心立方体内且同时连接四个独立模块的十字形中央横杆平台，所述的独立模块包括中部设有几何形镂空部的固定支座、具有对应几何形镂空部的上框，通过边缘预拉伸地夹紧固定在固定支座和上框之间的介电弹性体薄膜，所述介电弹性体薄膜正反两面通过“十字形”分割线分成四个面积相等的子区域，所述的四个子区域中涂覆有彼此隔离的导电涂层，所述导电涂层均通过对应的导线引出进行通电，所述介电弹性体薄膜正反两面的中部对称地粘合有十字架，所述的十字形中央横杆平台的各端分别与对应的十字架中心固定连接。本方案通过不同区域电极的通放电，使原来预拉伸的介电弹性体内部的应力释放可以使得十字架进行前后左右四个方向方向的运动，同时，通过4个独立模块之间不同的导电涂层的放电，可以实现各个轴方向的移动和旋转。进一步地，所述的十字形中央横杆平台包括矩形的末端执行平台、呈十字形相交的两根硬质横杆，所述末端执行平台固定在两根硬质横杆的相交处，两根硬质横杆的各端与对应的十字架中心固定连接。进一步地，所述的固定支座和上框的材料均为有机玻璃或玻璃钢。进一步地，所述的固定支座的正面和底端均设置有螺栓孔且正面的形状与所述上框的形状相匹配。进一步地，所述几何形镂空部的形状为正方形或圆形。进一步地，所述的导电涂层的材料为导电油墨。进一步地，所述的介电弹性体薄膜材料为聚丙烯酸薄膜。进一步地，所述介电弹性体薄膜的层数为两层以上，每层介电弹性体薄膜的厚度为0.1mm，剪切模量是25100KPa。进一步地，所述十字架的材料为有机玻璃或玻璃钢。进一步地，所述十字架中心与所述介电弹性体薄膜中心重叠。先比现有技术，本技术的突出效果是：相比于传统的由金属材料构成的复杂、庞大且昂贵的运动平台，本六自由度运动平台的结构紧凑、控制可靠、维护和制造成本低以及能量转换效率很高。本平台没有复杂的机械硬质结构以及传动系统便可以通过转换不同区域的通放电以实现六自由度的运动的功能，而且对于装配以及调试定位都十分方便。另一方面，本平台价格成本较低，没有复杂昂贵的驱动控制系统以及机械结构，可以较好的推广应用，而且本平台全柔顺，具有较好的适应性。附图说明图1本技术实施例的整体结构示意图。图2本技术实施例的单个模块的结构示意图。图3本技术实施例的固定支座示意图。图4本技术的介电弹性体薄膜的电极分布图5本技术实施例的上框示意图。图6本技术实施例的十字架示意图。图7本技术中央横杆平台示意图。图8a至图8f为本技术实施例的运动过程示意图。图中：1-上框；2-介电弹性体薄膜；3-固定支座；4-十字架；5-中央横杆平台；6-末端执行平台。具体实施方式下面对本技术的实施例作详细说明，本实施例以本技术为技术方案进行实施，有详细的实施方式及具体操作过程。本技术保护范围不限于下述实施例。如图1和图2所示，一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，包括合围成空心立方体由四个相同结构的独立模块、位于所述空心立方体内且同时连接四个独立模块的十字形中央横杆平台5，所述的独立模块包括中部设有几何形镂空部的固定支座3、具有对应几何形镂空部的上框1，通过边缘预拉伸地夹紧固定在固定支座3和上框1之间的介电弹性体薄膜2，所述介电弹性体薄膜2正反两面通过“十字形”分割线分成四个面积相等的子区域，所述的四个子区域中涂覆有彼此隔离的导电涂层，所述导电涂层均通过对应的导线引出进行通电，所述介电弹性体薄膜2正反两面的中部对称地粘合有十字架4，所述的十字形中央横杆平台5的各端分别与对应的十字架4中心固定连接。如图3所示，所述的固定支座3的正面和底端均设置有螺栓孔且正面的形状与所述上框1的形状相匹配。底端的螺栓孔便于与其他平台进行固定，正面的螺栓孔便于和上框2固定连接，所述的固定支座3的材料为有机玻璃，其弹性模量的大小为3GPa，可以由机加工得到。如图4所示，所述的介电弹性体薄膜2设有四个相互独立的子区域涂覆有导电涂层，四个相互独立的子区域都的上下面均涂上导电涂层作为导电电极以便于驱动，所述的导电涂层的材料为导电油墨。所述的介电弹性体薄膜2材料为聚丙烯酸薄膜，在通电的情况下可以实现电致伸缩。如图5所示，所述的上框1与固定支座3形状相配合，材料为有机玻璃，其几何形镂空部的形状为正方形，上框1粘贴着的是多层的预拉伸的介电弹性体薄膜2，每层的厚度为0.1mm，剪切模量是25100KPa。如图6所示，所述的十字架4粘在所述介电弹性体薄膜2上下两面以作为支撑平台使用，支撑平台要保证贴合在所述介电弹性体薄膜2的中心，即所述十字架4的中心与所述介电弹性体薄膜2的中心重叠。十字架4的中心加工有通孔，便于和中央横杆的配合。如图7所示，所述的中央横杆平台5作为整个平台的输出端，包括矩形的末端执行平台6、呈十字形相交的两根硬质横杆，所述末端执行平台6固定在两根硬质横杆的相交处，两根硬质横杆通过轴孔配合的形式和各十字架4的通孔进行固接并传递平台需要的力和位移。如图8(a)至8(f)所述的六自由度运动平台在不同区域通电的情况下可以呈现不同的运动趋势，图中黑色的区域表示此区域是通电的。在图8(a)中四个独立模块分别是A、B、C、D。如图8(a)所示，当B的右半部分和D的右半部分通电时，平台会产生x轴方向的位移，如图8(b)所示，当C的左半部分和A的左半部分通电时，平台会产生y轴方向的位移，如图8(c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，其特征在于，包括合围成空心正立方体的四个相同结构的独立模块、位于所述空心正立方体内且同时连接四个独立模块的十字形中央横杆平台（5），所述的独立模块包括中部设有几何形镂空部的固定支座（3）、具有对应几何形镂空部的上框（1），通过边缘预拉伸地夹紧固定在固定支座（3）和上框（1）之间的介电弹性体薄膜（2），所述介电弹性体薄膜（2）正反两面通过“十字形”分割线分成四个面积相等的子区域，所述的四个子区域中涂覆有彼此隔离的导电涂层，所述导电涂层均通过对应的导线引出进行通电，所述介电弹性体薄膜（2）正反两面的中部对称地粘合有十字架（4），所述的十字形中央横杆平台（5）的各端分别与对应的十字架（4）中心固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，其特征在于，包括合围成空心正立方体的四个相同结构的独立模块、位于所述空心正立方体内且同时连接四个独立模块的十字形中央横杆平台（5），所述的独立模块包括中部设有几何形镂空部的固定支座（3）、具有对应几何形镂空部的上框（1），通过边缘预拉伸地夹紧固定在固定支座（3）和上框（1）之间的介电弹性体薄膜（2），所述介电弹性体薄膜（2）正反两面通过“十字形”分割线分成四个面积相等的子区域，所述的四个子区域中涂覆有彼此隔离的导电涂层，所述导电涂层均通过对应的导线引出进行通电，所述介电弹性体薄膜（2）正反两面的中部对称地粘合有十字架（4），所述的十字形中央横杆平台（5）的各端分别与对应的十字架（4）中心固定连接。2.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，其特征在于：所述的十字形中央横杆平台（5）包括矩形的末端执行平台（6）、呈十字形相交的两根硬质横杆，所述末端执行平台（6）固定在两根硬质横杆的相交处，两根硬质横杆的各端与对应的十字架（4）中心固定连接。3.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的六自由度全柔顺运动平台，其特征在于：所述的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王念峰，郭浩，陈必成，张宪民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44