双稳态介电弹性体致动器以及多稳态介电弹性体致动器制造技术

本发明专利技术涉及软体机器人技术领域，尤其涉及双稳态介电弹性体致动器以及多稳态介电弹性体致动器，解决了现有软体机械抓手难以同时实现变刚度以及多自由度的功能的技术问题，其包括驱动结构和约束结构，约束结构包括未拉伸介电弹性体矩形薄膜和不可扩展层，未拉伸介电弹性体矩形薄膜的正面开有

【技术实现步骤摘要】
双稳态介电弹性体致动器以及多稳态介电弹性体致动器


[0001]本专利技术涉及软体机器人
，尤其涉及一种双稳态介电弹性体致动器以及多稳态介电弹性体致动器
。

技术介绍

[0002]软体机械抓手是一种以柔软材料构建的机械装置，自身可连续变形
。
它模仿了自然界生物体的柔软特性和运动灵活性，与传统刚性机械装置相比有着更高的安全性和适应性，在狭小空间工作
、
复杂物品抓取以及人机交互方面有着巨大的优势
。
介电弹性体材料具有能量密度大
、
响应迅速
、
形变明显等优点，其已经成为软体机械抓手领域内主要的研究对象之一
。
随着社会的不断发展，人们对于软体机械装置的需求愈专利技术显，介电弹性体致动器在康复
、
探测
、
救援等领域都有广阔的应用前景
。
[0003]市面上的软体机械抓手工作方式较为单一，针对性较强，适用面较窄，难以同时实现变刚度以及多自由度的功能
。

技术实现思路

[0004]为克服现有软体机械抓手难以同时实现变刚度以及多自由度的功能的技术缺陷，本专利技术提供了双稳态介电弹性体致动器以及多稳态介电弹性体致动器
。
[0005]本专利技术提供了一种双稳态介电弹性体致动器，包括驱动结构和约束结构，约束结构包括未拉伸介电弹性体矩形薄膜和不可扩展层，未拉伸介电弹性体矩形薄膜的正面开有长条形的
U
形槽，
>U
形槽的长度方向与未拉伸介电弹性体矩形薄膜的长度方向一致，且
U
形槽位于未拉伸介电弹性体矩形薄膜宽度方向的中部，
U
形槽中填充有低熔点合金，不可扩展层粘贴至未拉伸介电弹性体矩形薄膜的背面；驱动结构包括预拉伸介电弹性体矩形薄膜
、
两片第一柔性电极和一片第二柔性电极，预拉伸介电弹性体矩形薄膜是初始状态为长度方向和宽度方向均被拉伸至发生弹性形变的介电弹性体，且长度方向拉伸力大于宽度方向的拉伸力，两块第一柔性电极分别位于
U
形槽两侧的未拉伸介电弹性体矩形薄膜上，且两块第一柔性电极分别通过导线与
U
形槽中的低熔点合金相连通，预拉伸介电弹性体矩形薄膜粘贴至未拉伸介电弹性体矩形薄膜的正面且两块第一柔性电极夹在二者之间，第二柔性电极粘贴至预拉伸介电弹性体矩形薄膜的外表面上，第二柔性电极与两块第一柔性电极相对应
。
[0006]其中，驱动结构是致动器的动力来源，控制着制动器的形变，约束结构用于限制致动器的形变，与驱动结构共同控制致动器的运动
。U
形槽为低熔点合金通道，利用低熔点合金的固液态转换特性，实现致动器的不同功能，当低熔点合金通过两片第一柔性电极接通低电压电流时，即当两个第一柔性电极分别连接电源的火线和零线并输入低电流，低电流的范围是
1~2A
，属于安全范围；第一柔性电极
、
火线
、
零线以及低熔点合金形成闭合回路，低熔点合金产生一定焦耳热，则其从固态转化为液态，当断开低电压电流后低熔点合金会从液态恢复为固态，低熔点合金为固态时会限制未拉伸介电弹性体矩形薄膜在其长度方向发生卷曲形变
。
预拉伸介电弹性体矩形薄膜是由介电弹性体制成的，介电弹性体自身的特点
为在外界施加驱动高电压时（给第二柔性电极接通高电压，第二柔性电极与第一柔性电极之间形成高压差，高压差即为驱动高电压，其中高电压有通电保护，能有效保证使用者的安全），介电弹性体薄膜的厚度会缩小，进而面积扩大，从而实现形变
。
在不可扩展层的限制下，介电弹性体薄膜平面上的应力会转化为扭矩，使介电弹性体薄膜由平面内收缩转变为平面外弯曲
。
当低熔点合金为固态时会限制未拉伸介电弹性体矩形薄膜在其长度方向运动，因此预拉伸介电弹性体矩形薄膜会带动未拉伸介电弹性体矩形薄膜在其宽度方向朝内卷曲，当低熔点合金为液态时未拉伸介电弹性体矩形薄膜可在预拉伸介电弹性体矩形薄膜的牵引下形变，又因为预拉伸介电弹性体矩形薄膜长度方向的基础拉伸力大于宽度方向的基础拉伸力，所以未拉伸介电弹性体矩形薄膜在预拉伸介电弹性体矩形薄膜的驱动下只会优先沿着长度方向卷曲
。
具体的，连接第一柔性电极和低熔点合金的导线为导电银丝
。
其中第二柔性电极与两块第一柔性电极相对应是指，把两块第一柔性电极看作整体，这个整体的边缘与第二柔性电极的长宽边缘对齐
。
[0007]优选的，未拉伸介电弹性体矩形薄膜的两条长边上分别对称开有与长度方向垂直的切口，两个切口位于未拉伸介电弹性体矩形薄膜的下部，预拉伸介电弹性体矩形薄膜的尺寸与未拉伸介电弹性体矩形薄膜的切口之上的板体尺寸相等，第二柔性电极位于预拉伸介电弹性体矩形薄膜的板体之内，第二柔性电极的面积略小于预拉伸介电弹性体矩形薄膜的面积
。
容易理解的，两个切口并没有将未拉伸介电弹性体矩形薄膜整体切成两部分，未拉伸介电弹性体矩形薄膜整体还是一个整体，切口上侧的部分作为未拉伸介电弹性体矩形薄膜的可活动部，切口下侧的部分作为未拉伸介电弹性体矩形薄膜的固定部，预拉伸介电弹性体矩形薄膜的尺寸与未拉伸介电弹性体矩形薄膜的可活动部尺寸一致，则预拉伸介电弹性体矩形薄膜可完全覆盖未拉伸介电弹性体矩形薄膜的可活动部，这是为了预拉伸介电弹性体矩形薄膜作为驱动结构只驱动可完全覆盖未拉伸介电弹性体矩形薄膜的可活动部发生形变而不影响其固定部
。
其中第二柔性电极的面积略小于预拉伸介电弹性体矩形薄膜的面积，是指第二柔性电极的长宽边缘均向内缩3‑
5mm
，这样第二柔性电极和第一柔性电极相应的面积能覆盖预拉伸介电弹性体矩形薄膜的大部分面积
。
边缘处预留一点空间主要有两点作用：一是使边缘的形变表现得更为明显，二是避免施加高压电场后第一柔性电极和第二柔性电极的边缘直接越过预拉伸介电弹性体矩形薄膜发生空气击穿现象
。
[0008]优选的，不可扩展层为薄膜胶带
。
[0009]本专利技术还提供了另外一种多稳态介电弹性体致动器，包括两层不可扩展层和正方形的驱动结构，驱动结构包括两块对应的正方形柔性电极以及长度方向和宽度方向分别经过等比例拉伸的预拉伸介电弹性体正方形薄膜，两块对应的正方形柔性电极分别粘贴至预拉伸介电弹性体正方形薄膜的两侧面中间，正方形柔性电极的面积小于预拉伸介电弹性体正方形薄膜的侧面面积，预拉伸介电弹性体正方形薄膜的两侧表面上未被正方形柔性电极覆盖的部分分别粘贴有正方形环状的不可扩展层；位于预拉伸介电弹性体正方形薄膜前侧的不可扩展层的四条边中间分别设有缺口，缺口中设置有形状记忆合金层或形状记忆聚合物层
。
给预拉伸介电弹性体正方形薄膜两侧的正方形柔性电极施加一个高压差，驱动预拉伸介电弹性体正方形薄膜发生形变，预拉伸介电弹性体正方形薄膜采用等比例拉伸，这样能确保正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
双稳态介电弹性体致动器，其特征在于，包括驱动结构和约束结构，约束结构包括未拉伸介电弹性体矩形薄膜
(2)
和不可扩展层
(1)
，未拉伸介电弹性体矩形薄膜
(2)
的正面开有长条形的
U
形槽
(6)
，
U
形槽
(6)
的长度方向与未拉伸介电弹性体矩形薄膜
(2)
的长度方向一致，且
U
形槽
(6)
位于未拉伸介电弹性体矩形薄膜
(2)
宽度方向的中部，
U
形槽
(6)
中填充有低熔点合金，不可扩展层
(1)
粘贴至未拉伸介电弹性体矩形薄膜
(2)
的背面；驱动结构包括预拉伸介电弹性体矩形薄膜
(4)、
两片第一柔性电极
(3)
和一片第二柔性电极
(5)
，预拉伸介电弹性体矩形薄膜
(4)
是初始状态为长度方向和宽度方向均被拉伸至发生弹性形变的介电弹性体，且长度方向拉伸力大于宽度方向的拉伸力，两块第一柔性电极
(3)
分别位于
U
形槽
(6)
两侧的未拉伸介电弹性体矩形薄膜
(2)
上，且两块第一柔性电极
(3)
分别通过导线与
U
形槽
(6)
中的低熔点合金相连通，预拉伸介电弹性体矩形薄膜
(4)
粘贴至未拉伸介电弹性体矩形薄膜
(2)
的正面且两块第一柔性电极
(3)
夹在二者之间，第二柔性电极
(5)
粘贴至预拉伸介电弹性体矩形薄膜
(4)
的外表面上，第二柔性电极
(5)
与两块第一柔性电极
(3)
相对应
。2.
根据权利要求1所述的双稳态介电弹性体致动器，其特征在于，未拉伸介电弹性体矩形薄膜
(2)
的两条长边上分别对称开有与长度方向垂直的切...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮晨光，刘奎，范怡，张金柱，熊晓燕，兰媛，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：