CN108582057B - 一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人 - Google Patents
一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108582057B CN108582057B CN201810327883.5A CN201810327883A CN108582057B CN 108582057 B CN108582057 B CN 108582057B CN 201810327883 A CN201810327883 A CN 201810327883A CN 108582057 B CN108582057 B CN 108582057B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dielectric elastomer
- loading mass
- mass block
- drive robot
- support frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229920002595 Dielectric elastomer Polymers 0.000 title claims abstract description 100
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 6
- 230000036316 preload Effects 0.000 claims description 6
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/1075—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with muscles or tendons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
- B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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，本发明采用如下技术方案：
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MG Chemicals公司CARBON CONDUCTIVE GREASE,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，本发明具有如下优点：
本发明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为本发明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为本发明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为本发明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发明进行详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
请参阅图1和图2所示，本发明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。
本发明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顶端随驱动器上下运动时，与连接杆2固定的连接轴8在长方形滑槽90内做水平往复运动。轴上装有单向轮5，只能逆时针转动，不能顺时针转动，因此，杆底端向后运动时，单向轮5锁死，向前运动时，单向轮逆时针转动，实现机器人前进。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所做出若干简单的推演或替换都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (9)
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；
在柔性电极(7)未通电的初始状态，施载质量块(1)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(3)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(1)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(1)的运动过程中带动单向轮系统单向运动。
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，其特征在于，单向轮系统包括连接轴(8)和若干单向轮(5)；连接轴(8)固定连接施载质量块(1)；支撑架的底部一侧安装有若干单向轮(5)，另一侧设置有滑槽；连接轴(8)穿过滑槽；连接轴(8)两端安装有单向轮。
7.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，支撑架为3D打印支撑架。
8.根据权利要求1或7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，于支撑框架插于支撑架上。
9.根据权利要求1或7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，柔性电极(7)中加载正弦交流电，介电弹性体(3)带动施载质量块(1)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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810327883.5A CN108582057B (zh) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | 一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810327883.5A CN108582057B (zh) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | 一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108582057A CN108582057A (zh) | 2018-09-28 |
| CN108582057B true CN108582057B (zh) | 2020-10-27 |
Family
ID=63622018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810327883.5A Expired - Fee Related CN108582057B (zh) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | 一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108582057B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109606496B (zh) * | 2018-12-18 | 2020-06-12 | 上海交通大学 | 基于介电弹性体驱动器和静电吸附的爬壁机器人及方法 |
| CN109533279B (zh) * | 2018-12-28 | 2020-10-27 | 西安交通大学 | 一种变体飞机柔性机翼及其变刚度蒙皮结构和制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001061190A1 (en) * | 2000-02-17 | 2001-08-23 | Indian Space Research Organisation | A shape memory alloy step drive mechanism for providing step motion to a system |
| JP2013113431A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-10 | Nissan Motor Co Ltd | 駆動力伝達装置 |
| CN204704077U (zh) * | 2015-06-17 | 2015-10-14 | 孙凤 | 节能车 |
| CN206734590U (zh) * | 2017-03-07 | 2017-12-12 | 浙江大学 | 一种基于介电弹性体的模块化驱动装置 |
| CN107725290A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-23 | 大连大学 | 形状记忆合金热机驱动装置 |
-
2018
- 2018-04-12 CN CN201810327883.5A patent/CN108582057B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001061190A1 (en) * | 2000-02-17 | 2001-08-23 | Indian Space Research Organisation | A shape memory alloy step drive mechanism for providing step motion to a system |
| JP2013113431A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-10 | Nissan Motor Co Ltd | 駆動力伝達装置 |
| CN204704077U (zh) * | 2015-06-17 | 2015-10-14 | 孙凤 | 节能车 |
| CN206734590U (zh) * | 2017-03-07 | 2017-12-12 | 浙江大学 | 一种基于介电弹性体的模块化驱动装置 |
| CN107725290A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-23 | 大连大学 | 形状记忆合金热机驱动装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 锥形介电弹性体驱动器的性能研究;叶贝克等;《机械制造与自动化》;20090228;第38卷(第1期);15-17,23 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108582057A (zh) | 2018-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110557045B (zh) | 面向低速旋转运动的摩擦-压电-电磁复合式俘能器 | |
| CN108582057B (zh) | 一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人 | |
| CN209812321U (zh) | 一种柔性驱动单元及一种执行器 | |
| CN1732401A (zh) | 含有聚合物致动器的光学装置 | |
| CN107493035A (zh) | 石墨烯电极介电弹性体驱动器 | |
| CN112318488A (zh) | 一种磁驱动双稳态柔性执行器 | |
| US9051924B2 (en) | Actuator | |
| CN207382213U (zh) | 石墨烯电极介电弹性体驱动器 | |
| CN105083510A (zh) | 一种水中机器人 | |
| CN106985988A (zh) | 一种基于介电弹性体的模块化驱动装置 | |
| WO2013021959A1 (en) | Actuator | |
| CN112887555B (zh) | 压电马达、摄像模组和电子设备 | |
| CN206734590U (zh) | 一种基于介电弹性体的模块化驱动装置 | |
| CN109623781B (zh) | 一种基于介电弹性体驱动的跳跃机器人 | |
| CN107362963B (zh) | 冲击增强型介电弹性体振动器 | |
| CN111923022A (zh) | 一种无约束移动软体机器人及其驱动方法 | |
| KR102655316B1 (ko) | 불균일 공간 전하층과 유전성 유체를 이용한 주머니 형태의 유연 구동기 | |
| CN110429855A (zh) | 一种利用风能的摩擦发电装置 | |
| CN109823502A (zh) | 一种利用软体驱动舵翼控制水下机器人浮力的方法 | |
| CN108281542B (zh) | 一种仿生人工驱动装置 | |
| CN111129283A (zh) | 驱动装置、介电弹性体致动器及其制作方法 | |
| CN212423466U (zh) | 一种由电子型人工肌肉驱动的微扑翼机构 | |
| CN109895982B (zh) | 一种用于水下推进的软体扑翼模块制备方法 | |
| CN113427494A (zh) | 一种基于介电弹性体仿生水蛇形机器人 | |
| CN103322870B (zh) | 一种引信摆动执行机构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201027 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |