本发明专利技术涉及湿度致动器技术领域，公开了一种基于织物体的可控运动形式的湿度致动器，包括湿度敏感基底和湿度不敏感包覆层；湿度敏感基底为柔性织物体；湿度不敏感包覆层为柔性材料；湿度不敏感包覆层沉积在湿度敏感基底的一面或两面形成图案，并对湿度敏感基底中的纤维材料表面形成部分包覆；柔性织物体的湿度膨胀系数比柔性材料高至少一个数量级。本发明专利技术的湿度致动器能够实现多种运动形式，通过调整湿度敏感基底的编织结构、湿度敏感基底的剪裁角度、湿度不敏感包覆层的图形结构中的一项或多项，能够表现出曲率和方向可控的翘曲、弯曲和卷曲，以及手性和螺距可控的螺旋扭曲，且该湿度致动器制备方法简单，运动形式灵活且可控性强，操作性强。操作性强。操作性强。
【技术实现步骤摘要】
一种基于织物体的可控运动形式的湿度致动器
[0001]本专利技术涉及湿度致动器
，尤其涉及一种基于织物体的可控运动形式的湿度致动器。
技术介绍
[0002]致动器是一种可以在受到外在因素的刺激或干扰时发生可逆变化的器件，可以产生位移、弯曲、卷曲、扭转、螺旋、拉伸以及膨胀和收缩等运动效果。通过结构设计和材料选择，致动器在软体机器人、传感装备和可穿戴智能等领域具有广泛的应用前景。湿度是一种物理量，用于衡量空气中水分含量的多少，可以被应用于驱使致动器运动。目前，湿度致动器的结构主要有两种：薄膜状和纤维状。
[0003]薄膜状结构的湿度致动器利用薄膜层状材料中水分子扩散速率或吸湿膨胀能力的差异性，导致材料上下层产生不均匀形变，从而产生弯曲运动。例如，通过使用聚天冬氨酸纳米纤维膜(CN109881476B)或鲣鱼粉与惰性材料黏合制备的双层结构湿度驱动器(CN114658622B)可以实现这种效果。但是，由于薄膜层状材料的各向同性，所以在大尺度下容易发生不可控的弯曲或卷曲，同时也限制了致动器的形状和灵活性。
[0004]纤维状结构的湿度致动器通过预先加捻或螺旋的方式，使材料在吸湿后发生膨胀和解捻，从而引起致动器的伸缩和解旋扭转运动。例如，在使用海藻酸钠纤维制备扭转驱动器的申请专利(CN109082742A和CN108588900A)中就使用了这种方法。然而，这种方法的制备过程较为复杂，需要高精度的控制和较高的剪切力，而且运动方式也会限制致动器的形状，通常只能制备成纤维状结构。
[0005]综上所述，湿度致动器可以采用不同的结构来将湿度变化转化为机械能，但每种结构都有其独特的优点和限制。目前，采用薄膜状结构和纤维状结构制备的致动器通常具有结构简单的优点，但其可操作性较差且运动形式单一，无法满足多样化的实际应用需求。因此，为了实现多维度、多形式、可控化的灵活运动形式，需要设计和制备新的湿度致动器。
技术实现思路
[0006]为了解决现有的湿度致动器运动形式单一的技术问题，本专利技术提供了一种基于织物体的可控运动形式的湿度致动器。该湿度致动器能够实现多种运动形式，表现出曲率和方向可控的翘曲、弯曲和卷曲，以及手性和螺距可控的螺旋扭曲。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：一种基于织物体的可控运动形式的湿度致动器，包括：湿度敏感基底；所述湿度敏感基底为柔性织物体；湿度不敏感包覆层；所述湿度不敏感包覆层为柔性材料；所述湿度不敏感包覆层沉积在湿度敏感基底的一面或两面形成图案，并对湿度敏感基底中的纤维材料表面形成部分包覆；所述柔性织物体的湿度膨胀系数比柔性材料高至少一个数量级；所述湿度致动器在不同的湿度敏感基底编织结构、不同的湿度敏感基底剪裁角度
以及不同的湿度不敏感包覆层图形结构下，具有包括翘曲、弯曲、卷曲和螺旋扭曲在内的不同的运行形式为，并具有不同的翘曲、弯曲和卷曲的曲率和方向以及不同的螺旋扭曲的手性和螺距。
[0008]本专利技术的湿度致动器采用湿度敏感基底和湿度不敏感包覆层的复合结构，且两者分别采用柔性织物体和柔性材料，湿度不敏感包覆层沉积在湿度敏感基底表面形成图案，并对湿度敏感基底中的纤维形成部分包裹。在这种特殊结构下，柔性织物体的编织结构、剪裁角度会影响其在湿度刺激下的运动形式，同时，湿度不敏感包覆层能够限制柔性织物体在湿度刺激下的运动，因而其图形结构会影响柔性织物体在湿度刺激下的运动形式(其中，湿度不敏感包覆层对湿度敏感基底中的纤维形成部分包覆，能够使得纤维形成双层复合结构产生不对称性，因而在吸湿膨胀时发生形变，促使织物体形成多种可能的运动形式。)，通过这种方式，能够实现可控的翘曲、弯曲、卷曲和螺旋扭曲，以及可调的翘曲、弯曲和卷曲的曲率大小和正负(方向)、螺旋扭曲的手性和螺距，使湿度致动器能够展现的运动形式更加多样化。并且，本专利技术的湿度致动器通过简单的方法即可制备，运动形式灵活且可控性强，操作性强。
[0009]作为优选，所述湿度敏感基底由纺织纤维先加工成经纱线和纬纱线，然后由经纱线和纬纱线经横纵交错编织而成。
[0010]作为优选，所述湿度致动器的运动形式调控方式包括以下方式一
‑
方式三中的一种或多种：方式一：通过调整湿度敏感基底中经纱线和纬纱线是否加捻，控制湿度致动器的运动形式为翘曲、弯曲或卷曲，并控制弯曲的形式(如延边弯曲或对角弯曲)，以及翘曲、弯曲和卷曲的曲率；方式二：通过调整湿度敏感基底的剪裁角度，控制湿度致动器的运动形式为弯曲、卷曲或螺旋扭曲，并控制螺旋扭曲的手性和螺距；方式三：通过调整湿度敏感基底中经纱线和纬纱线之间的夹角，控制湿度致动器的运动形式为弯曲、卷曲或螺旋扭曲，并控制弯曲和卷曲的曲率，以及螺旋扭曲的手性和螺距。
[0011]进一步地，所述方式一具体如下：在湿度敏感基底中经纱线和纬纱线互相垂直，剪裁角度为与经纱线或纬纱线垂直的情况下：(1.1)控制湿度敏感基底中经纱线和纬纱线均为无捻平行纱线，则湿度致动器的运动形式为曲率不小于1cm
‑1的弯曲或卷曲；(1.2)控制湿度敏感基底中经纱线和纬纱线均为加捻螺旋纱线，则湿度致动器的运动形式为曲率小于1cm
‑1的翘曲或弯曲；(1.3)湿度敏感基底中经纱线和纬纱线中的一者为无捻平行纱线，另一者为加捻螺旋纱线，则湿度致动器的运动形式为曲率不小于1cm
‑1的弯曲或卷曲。
[0012]进一步地，所述加捻螺旋纱线的捻系数为300
‑
400。
[0013]进一步地，所述方式二具体如下：在湿度敏感基底中经纱线和纬纱线均为无捻平行纱线，或一者为无捻平行纱线，另一者为加捻螺旋纱线，经纱线和纬纱线互相垂直的情况下：(2.1)控制湿度敏感基底的剪裁角度为与经纱线或纬纱线，则湿度致动器的运动
形式为弯曲或卷曲；(2.2)在湿度敏感基底中，分别以纬纱线和经纱线为x轴和y轴，坐标轴原点在剪裁线上，控制剪裁线位于第一、三象限，则湿度致动器的运动形式为右手螺旋扭曲，通过调整剪裁线与x轴的夹角，控制螺旋扭曲的螺距；(2.3)在湿度敏感基底中，分别以纬纱线和经纱线为x轴和y轴，坐标轴原点在剪裁线上，控制剪裁线位于第二、四象限，则湿度致动器的运动形式为左手螺旋扭曲，通过调整剪裁线与x轴的夹角，控制螺旋扭曲的螺距。
[0014]进一步地，所述方式三具体如下：在湿度敏感基底中经纱线和纬纱线均为无捻平行纱线，或一者为无捻平行纱线，另一者为加捻螺旋纱线，经纱线和纬纱线互相垂直，剪裁角度为与经纱线或纬纱线垂直，湿度不敏感包覆层为条纹状图案的情况下：(3.1)控制湿度不敏感包覆层的条纹与湿度敏感基底中的纬纱线垂直，则湿度致动器的运动形式为曲率小于1cm
‑1的弯曲或卷曲；(3.2)分别以湿度敏感基底中的纬纱线和经纱线为x轴和y轴，坐标轴原点在湿度不敏感包覆层的条纹上，控制条纹位于第一、三象限，则湿度致动器的运动形式为左手螺旋扭曲；(3.3)控制湿度不敏感包覆层的条纹与湿度敏感基底中的纬纱线平行，则湿度致动器的运动形式为曲率不小于1cm
‑1的弯曲或卷曲；(3本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于织物体的可控运动形式的湿度致动器，其特征在于，包括：湿度敏感基底；所述湿度敏感基底为柔性织物体；湿度不敏感包覆层；所述湿度不敏感包覆层为柔性材料；所述湿度不敏感包覆层沉积在湿度敏感基底的一面或两面形成图案，并对湿度敏感基底中的纤维材料表面形成部分包覆；所述柔性织物体的湿度膨胀系数比柔性材料高至少一个数量级；所述湿度致动器在不同的湿度敏感基底编织结构、不同的湿度敏感基底剪裁角度以及不同的湿度不敏感包覆层图形结构下，具有包括翘曲、弯曲、卷曲和螺旋扭曲在内的不同的运行形式为，并具有不同的翘曲、弯曲和卷曲的曲率和方向以及不同的螺旋扭曲的手性和螺距。2.如权利要求1所述的湿度致动器，其特征在于，所述湿度敏感基底由纺织纤维先加工成经纱线和纬纱线，然后由经纱线和纬纱线经横纵交错编织而成。3.如权利要求2所述的湿度致动器，其特征在于，所述湿度致动器的运动形式调控方式包括以下方式一
‑
方式三中的一种或多种：方式一：通过调整湿度敏感基底中经纱线和纬纱线是否加捻，控制湿度致动器的运动形式为翘曲、弯曲或卷曲，并控制弯曲的形式，以及翘曲、弯曲和卷曲的曲率；方式二：通过调整湿度敏感基底的剪裁角度，控制湿度致动器的运动形式为弯曲、卷曲或螺旋扭曲，并控制螺旋扭曲的手性和螺距；方式三：通过调整湿度敏感基底中经纱线和纬纱线之间的夹角，控制湿度致动器的运动形式为弯曲、卷曲或螺旋扭曲，并控制弯曲和卷曲的曲率，以及螺旋扭曲的手性和螺距。4.如权利要求3所述的湿度致动器，其特征在于，所述方式一具体如下：在湿度敏感基底中经纱线和纬纱线互相垂直，剪裁角度为与经纱线或纬纱线垂直的情况下：（1.1）控制湿度敏感基底中经纱线和纬纱线均为无捻平行纱线，则湿度致动器的运动形式为曲率不小于1 cm
‑1的弯曲或卷曲；（1.2）控制湿度敏感基底中经纱线和纬纱线均为加捻螺旋纱线，则湿度致动器的运动形式为曲率小于1 cm
‑1的翘曲或弯曲；（1.3）湿度敏感基底中经纱线和纬纱线中的一者为无捻平行纱线，另一者为加捻螺旋纱线，则湿度致动器的运动形式为曲率不小于1 cm
‑1的弯曲或卷曲。5.如权利要求3所述的湿度致动器，其特征在于，所述方式二具体如下：在湿度敏感基底中经纱线和纬纱线均为无捻平行纱线，或一者为无捻平行纱线，另一者为加捻螺旋纱线，经纱线和纬纱线互相垂直的情况下：（2.1）控制湿度敏感基底的剪裁角度为与经纱线或纬纱线垂直，则湿度...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏跃增，奚馨，刘瑞丽，吴东清，沈超超，申小朋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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