CN113250925B - 一种全柔性电液泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全柔性电液泵。本发明中全柔性外壳中部开设有流道，流道中填充介电液体，全柔性外壳的流道中沿流道方向依次间隔设置有第一全柔性支撑架、全柔性孔电极和第二全柔性支撑架，第一全柔性支撑架和第二全柔性支撑架上分别固定安装有第一全柔性针电极和第二全柔性针电极，第一全柔性针电极和第二全柔性针电极形成柔性针孔电极对；第一导线、第二导线和第三导线的一端分别穿过全柔性外壳后分别与第一全柔性针电极、全柔性孔电极和第二全柔性针电极相连，第一导线或第三导线的另一端与高压正极电连接，第二导线的另一端接地。本发明电控泵，可直接实现双向泵送，实现较大的流量的传输，有较快的响应速度和轻量化等特点。

Description

一种全柔性电液泵

技术领域

本发明属于液压传动与驱动、液压机器人、软体机器人及柔性材料领域的一种电液泵，具体涉及了一种全柔性电液泵。

背景技术

传统的刚性泵，由金属材料制成，较重，且泵送过程中声音和机械振动较大。对于液压传动与驱动、液压机器人和软体机器人而言，泵是这些系统的核心元件。特别是对于不同形状不同大小的软体机器人而言，其无绳驱动需要一种可定制化的大流量的柔性的泵，而这目前是缺少的。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种全柔性电液泵，解决现有的液压系统及软体机器人对可定制的全柔性泵的重大需求。

实现本发明目的的技术方案为：

本发明包括全柔性外壳、第一全柔性针电极、第一全柔性支撑架、全柔性孔电极、第二全柔性针电极、第二全柔性支撑架、第一导线、第二导线、第三导线和介电液体；

全柔性外壳中部开设有流道，流道中填充介电液体，全柔性外壳的流道中沿流道方向依次间隔设置有第一全柔性支撑架、全柔性孔电极和第二全柔性支撑架，第一全柔性支撑架和第二全柔性支撑架上分别固定安装有第一全柔性针电极和第二全柔性针电极，第一全柔性针电极和第二全柔性针电极结构相同并且自身为对称结构，第一全柔性针电极和第二全柔性针电极关于全柔性孔电极对称布置并形成柔性针孔电极对；第一导线、第二导线和第三导线的一端分别穿过全柔性外壳后分别与第一全柔性针电极、全柔性孔电极和第二全柔性针电极相连，第一导线或第三导线的另一端与高压正极电连接，第二导线的另一端接地；柔性针孔电极对通电后，柔性针孔电极对之间形成射流，使得介电液体从流道的一端流向另一端，实现介电液体的泵送。

所述第一全柔性支撑架和第二全柔性支撑架上分别固定安装有第一全柔性针电极和第二全柔性针电极具体为：

第一全柔性针电极上至少设置有一个电极柱，第一全柔性支撑架远离全柔性孔电极的端面上开有针电极槽，针电极槽中至少开有一个电极通槽，第一全柔性针电极的每个电极柱穿过第一全柔性支撑架上对应的电极通槽后嵌装在第一全柔性支撑架的针电极槽中；

第二全柔性针电极上至少设置有一个电极柱，第二全柔性支撑架远离全柔性孔电极的端面上开有针电极槽，针电极槽中至少开有一个电极通槽，第二全柔性针电极的每个电极柱穿过第二全柔性支撑架上对应的电极通槽后嵌装在第二全柔性支撑架的针电极槽中；

所述全柔性孔电极上至少开有一个电极通孔，第一全柔性针电极和第二全柔性针电极的电极柱和全柔性孔电极的电极通孔个数相同，第一全柔性针电极的每个电极柱与第二全柔性针电极的一个电极柱和全柔性孔电极的一个电极通孔对应同轴布置形成柔性针孔电极对。

所述全柔性外壳、第一全柔性支撑架和第二全柔性支撑架均为柔性材料，具体为硅橡胶、聚二甲基硅氧烷PDMS、热塑性聚氨酯弹性体TPU、热塑性弹性体TPE、不导电的凝胶等。

所述第一全柔性针电极、全柔性孔电极和第二全柔性针电极为导电的柔性材料，具体为导电硅胶、水凝胶等。

所述介电液体为通电后产生电流体动力学效应的流体，具体为乙酸芳樟酯、癸二酸二丁酯等。

所述第一全柔性针电极和第二全柔性针电极的电极柱和全柔性孔电极的电极通孔的个数的增加，使得柔性针孔电极对的数量并联增加，从而流道中的介电液体的流量增加。

多个所述全柔性电液泵中，相邻两个全柔性电液泵同轴串接，柔性针孔电极对的数量串联增加，从而流道中的介电液体的压强增大。

所述全柔性电液泵的尺寸根据实际应用定制。

所述全柔性电液泵的全柔性外壳的外形根据实际应用定制。

所述第一全柔性针电极和第二全柔性针电极的电极柱数量与全柔性孔电极上的电极通孔数量相同；

当第一全柔性针电极和第二全柔性针电极的电极柱数量为多个时，第一全柔性针电极的多个电极柱之间间隔对称布置，第二全柔性针电极的多个电极柱之间间隔对称布置。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1、本发明的全柔性电液泵，是一种基于电流体动力学的泵，与以前的刚体微型电流体泵相比，其拥有较大的流量与较快的响应速度，其所有的构成材料均由可拉伸的柔性材料组成，具有轻量化的特点。

2、本发明的全柔性电液泵，无可移动部件，泵送过程无噪声无机械振动。

3、本发明的全柔性电液泵，其大小与外形可以根据实际需求定制。

4、本发明的全柔性电液泵，为电控泵，可直接实现双向泵送。

5、本发明的全柔性电液泵，可携带性好，极易嵌入液压系统和软体机器人系统，为软体机器人的无绳驱动提供了新的解决方案。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明全柔性电液泵的结构外形图。

图2为本发明全柔性电液泵的剖面示意图。

图3为本发明全柔性电液泵的电极结构爆炸图。

图4为本发明1对柔性针孔电极对示意图。

图5为本发明2对柔性针孔电极对示意图。

图6为本发明4组柔性针孔电极对串联示意图。

图7为本发明8组柔性针孔电极对串联示意图。

图8为本发明不同尺寸柔性电液泵示意图。

图9为本发明不同外形柔性电液泵示意图。

图10为本发明柔性电液泵的原理示意图。

图中：全柔性外壳1、第一全柔性针电极2、第一全柔性支撑架3、全柔性孔电极4、第二全柔性针电极5、第二全柔性支撑架6、第一导线7、第二导线8、第三导线9、第三全柔性针电极10、第二全柔性孔电极11、第四全柔性针电极12、第五全柔性针电极13、第三全柔性孔电极14、第六全柔性针电极15、4组串联16、8组串联17、小尺寸18、中尺寸19、大尺寸20、三角形21、五边形22、介电液体23、第一射流24、第二射流25。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图1-3所示包括全柔性外壳1、第一全柔性针电极2、第一全柔性支撑架3、全柔性孔电极4、第二全柔性针电极5、第二全柔性支撑架6、第一导线7、第二导线8、第三导线9和介电液体23；

全柔性外壳1中部开设有流道，流道中填充介电液体23，全柔性外壳1的流道中沿流道方向依次间隔设置有第一全柔性支撑架3、全柔性孔电极4和第二全柔性支撑架6，第一全柔性支撑架3和第二全柔性支撑架6上分别固定安装有第一全柔性针电极2和第二全柔性针电极5，第一全柔性针电极2和第二全柔性针电极5结构相同并且自身为对称结构，第一全柔性针电极2和第二全柔性针电极5关于全柔性孔电极4对称布置并形成柔性针孔电极对；第一导线7、第二导线8和第三导线9的一端分别穿过全柔性外壳1后分别与第一全柔性针电极2、全柔性孔电极4和第二全柔性针电极5相连，第一导线7或第三导线9的另一端与高压正极电连接，第二导线8的另一端接地；柔性针孔电极对通电后，柔性针孔电极对之间形成射流，使得介电液体23从流道的一端流向另一端，实现介电液体23的泵送。

高压是指1kV-30kV的电压，不同尺寸的电液泵的驱动电压范围为1kV-30kV。介电液体23充满整个全柔性外壳1，作为工作液体用于泵送；全柔性外壳1是全柔性电液泵的支架机构，用于固定全柔性电液泵内的其他零部件；第一全柔性支撑架3用于固定第一全柔性针电极2；第二全柔性支撑架6用于固定第二全柔性针电极5。全柔性电液泵拥有较大的流量，能匹配一般尺度的软体机器人。一般尺度是指尺度为1厘米-1米。

第一全柔性支撑架3和第二全柔性支撑架6上分别固定安装有第一全柔性针电极2和第二全柔性针电极5具体为：

第一全柔性针电极2上至少设置有一个电极柱，第一全柔性支撑架3远离全柔性孔电极4的端面上开有针电极槽，针电极槽中至少开有一个电极通槽，第一全柔性针电极2的每个电极柱穿过第一全柔性支撑架3上对应的电极通槽后嵌装在第一全柔性支撑架3的针电极槽中；

第二全柔性针电极5上至少设置有一个电极柱，第二全柔性支撑架6远离全柔性孔电极4的端面上开有针电极槽，针电极槽中至少开有一个电极通槽，第二全柔性针电极5的每个电极柱穿过第二全柔性支撑架6上对应的电极通槽后嵌装在第二全柔性支撑架6的针电极槽中；

全柔性孔电极4上至少开有一个电极通孔，第一全柔性针电极2和第二全柔性针电极5的电极柱和全柔性孔电极4的电极通孔个数相同，第一全柔性针电极2的每个电极柱与第二全柔性针电极5的一个电极柱和全柔性孔电极4的一个电极通孔对应同轴布置形成柔性针孔电极对，即至少形成一对针孔电极对。

第一全柔性针电极2和第二全柔性针电极5的电极柱数量与全柔性孔电极4上的电极通孔数量相同；

当第一全柔性针电极2和第二全柔性针电极5的电极柱数量为多个时，第一全柔性针电极2的多个电极柱之间间隔对称布置，第二全柔性针电极5的多个电极柱之间间隔对称布置。

全柔性外壳1、第一全柔性支撑架3和第二全柔性支撑架6均为可拉伸的柔性材料，具体为硅橡胶、聚二甲基硅氧烷PDMS、热塑性聚氨酯弹性体TPU、热塑性弹性体TPE、不导电的凝胶等。

第一全柔性针电极2、全柔性孔电极4和第二全柔性针电极5为可拉伸的导电的柔性材料，具体为导电硅胶、水凝胶等。

介电液体23为通电后产生电流体动力学效应的流体，具体为乙酸芳樟酯、癸二酸二丁酯等。

第一全柔性针电极2和第二全柔性针电极5的电极柱和全柔性孔电极4的电极通孔的个数的增加，使得柔性针孔电极对的数量并联增加，即从1对柔性针孔电极对变成2对柔性针孔电极对、3对柔性针孔电极对或其他对数的柔性针孔电极对，其中，如图4和5所示，1对柔性针孔电极对主要由第三全柔性针电极10、第二全柔性孔电极11、第四全柔性针电极12组成，2对柔性针孔电极对主要由第五全柔性针电极13、第三全柔性孔电极14、第六全柔性针电极15组成，从而流道中的介电液体23的流量增加。

多个全柔性电液泵中，相邻两个全柔性电液泵同轴串接，柔性针孔电极对的数量串联增加，如图6和7所示，如4组串联16、8组串联17，从而流道中的介电液体23的压强增大。

全柔性电液泵的尺寸根据实际应用定制，如图8所示，可大可小，如小尺寸18、中尺寸19、大尺寸20等，小尺寸为直径0.5-1厘米，中尺寸为直径1-10厘米，大尺寸为直径10-50厘米)。

全柔性电液泵的全柔性外壳1的外形根据实际应用定制，如图9所示，如圆形1、三角形21、五边形22等。

本发明的工作原理：

第一全柔性针电极2、第一全柔性支撑架3、全柔性孔电极4、第二全柔性针电极5

如图10所示为全柔性电液泵的其中一对柔性针孔电极对，图10的(a)中，介电液体23充满整个泵体区域，第一全柔性针电极2接高压正电极，全柔性孔电极4接地，第一全柔性针电极2和全柔性孔电极4之间形成强大的第一射流24，第一射流24将引发泵内部的介电液体23流动，从而实现泵送，泵送的方向与射流的方向一致，从而实现泵送；第二全柔性针电极5接高压正电极，全柔性孔电极4接地，第一全柔性针电极2和全柔性孔电极4之间形成强大的第二射流25，第二射流25将引发泵内部的介电液体23流动，从而实现反方向的泵送，泵送的方向与射流的方向一致，从而实现反方向的泵送。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种全柔性电液泵，其特征在于，包括全柔性外壳（1）、第一全柔性针电极（2）、第一全柔性支撑架（3）、全柔性孔电极（4）、第二全柔性针电极（5）、第二全柔性支撑架（6）、第一导线（7）、第二导线（8）、第三导线（9）和介电液体（23）；

全柔性外壳（1）中部开设有流道，流道中填充介电液体（23），全柔性外壳（1）的流道中沿流道方向依次间隔设置有第一全柔性支撑架（3）、全柔性孔电极（4）和第二全柔性支撑架（6），第一全柔性支撑架（3）上固定安装有第一全柔性针电极（2），第二全柔性支撑架（6）上固定安装有第二全柔性针电极（5），第一全柔性针电极（2）和第二全柔性针电极（5）结构相同并且自身为对称结构，第一全柔性针电极（2）和第二全柔性针电极（5）关于全柔性孔电极（4）对称布置并形成柔性针孔电极对；第一导线（7）的一端穿过全柔性外壳（1）后与全柔性孔电极（4）相连，第二导线（8）的一端穿过全柔性外壳（1）后与第二全柔性针电极（5）相连，第三导线（9）的一端穿过全柔性外壳（1）后与第一全柔性针电极（2）相连，第二导线（8）或第三导线（9）的另一端与高压正极电连接，第一导线（7）的另一端接地；柔性针孔电极对通电后，柔性针孔电极对之间形成射流，使得介电液体（23）从流道的一端流向另一端，实现介电液体（23）的泵送。

2.根据权利要求1所述的一种全柔性电液泵，其特征在于，所述第一全柔性支撑架（3）上固定安装有第一全柔性针电极（2），第二全柔性支撑架（6）上固定安装有第二全柔性针电极（5）具体为：

第一全柔性针电极（2）上至少设置有一个电极柱，第一全柔性支撑架（3）远离全柔性孔电极（4）的端面上开有针电极槽，针电极槽中至少开有一个电极通槽，第一全柔性针电极（2）的每个电极柱穿过第一全柔性支撑架（3）上对应的电极通槽后嵌装在第一全柔性支撑架（3）的针电极槽中；

第二全柔性针电极（5）上至少设置有一个电极柱，第二全柔性支撑架（6）远离全柔性孔电极（4）的端面上开有针电极槽，针电极槽中至少开有一个电极通槽，第二全柔性针电极（5）的每个电极柱穿过第二全柔性支撑架（6）上对应的电极通槽后嵌装在第二全柔性支撑架（6）的针电极槽中；

所述全柔性孔电极（4）上至少开有一个电极通孔，第一全柔性针电极（2）和第二全柔性针电极（5）的电极柱和全柔性孔电极（4）的电极通孔个数相同，第一全柔性针电极（2）的电极柱与第二全柔性针电极（5）的电极柱和全柔性孔电极（4）的电极通孔对应同轴布置形成柔性针孔电极对。

3.根据权利要求1所述的一种全柔性电液泵，其特征在于，所述全柔性外壳（1）、第一全柔性支撑架（3）和第二全柔性支撑架（6）均为柔性材料，具体为硅橡胶、聚二甲基硅氧烷PDMS、热塑性聚氨酯弹性体TPU、热塑性弹性体TPE或不导电的凝胶。

4.根据权利要求1所述的一种全柔性电液泵，其特征在于，所述第一全柔性针电极（2）、全柔性孔电极（4）和第二全柔性针电极（5）为导电的柔性材料，具体为导电硅胶或水凝胶。

5.根据权利要求1所述的一种全柔性电液泵，其特征在于，所述介电液体（23）为通电后产生电流体动力学效应的流体，具体为乙酸芳樟酯或癸二酸二丁酯。

6.根据权利要求2所述的一种全柔性电液泵，其特征在于：增加所述第一全柔性针电极（2）和第二全柔性针电极（5）的电极柱和全柔性孔电极（4）的电极通孔的个数，使得柔性针孔电极对的数量并联增加，从而流道中的介电液体（23）的流量增加。

7.根据权利要求1所述的一种全柔性电液泵，其特征在于，多个所述全柔性电液泵中，相邻两个全柔性电液泵同轴串接，柔性针孔电极对的数量串联增加，从而流道中的介电液体（23）的压强增大。

8.根据权利要求1所述的一种全柔性电液泵，其特征在于，所述全柔性电液泵的尺寸根据实际应用定制。

9.根据权利要求1所述的一种全柔性电液泵，其特征在于，所述全柔性电液泵的全柔性外壳（1）的外形根据实际应用定制。

10.根据权利要求2所述的一种全柔性电液泵，其特征在于，所述第一全柔性针电极（2）和第二全柔性针电极（5）的电极柱数量与全柔性孔电极（4）上的电极通孔数量相同；

当第一全柔性针电极（2）和第二全柔性针电极（5）的电极柱数量为多个时，第一全柔性针电极（2）的多个电极柱之间间隔对称布置，第二全柔性针电极（5）的多个电极柱之间间隔对称布置。

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