CN114944782B - 基于介电弹性体材料的驱动机构及驱动器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于介电弹性体材料的驱动机构及驱动器的制备方法，包括两个相对设置的端盖，两个端盖之间连接有偶数个驱动器，多个驱动器沿端盖环向分布；驱动器包括互相贴合的第一薄膜和第二薄膜，第一薄膜和第二薄膜表面两端分别固定有固定夹片，两个固定夹片之间的薄膜表面固定有剪切条；第一薄膜包括介电弹性体薄膜，介电弹性体薄膜上、下表面贴附有导电聚合物电极，导电聚合物电极连接有导线，第二薄膜包括介电弹性体薄膜，介电弹性体薄膜一表面贴附有导电聚合物电极，另一表面与第一薄膜贴合。能保证其有大变形的同时又具有较大的输出力。
Description
技术领域
本发明属于软体驱动器技术领域，涉及一种基于介电弹性体材料的驱动机构，还涉及上述驱动机构内驱动器的制备方法。
背景技术
驱动器是将其他形式的能量转换为机械能的重要装置，在机器人制造领域和可穿戴助力设备领域是不可或缺的。现有的驱动器驱动方式分为流体驱动、智能材料驱动和化学反应驱动。流体驱动器一般分为液压或气压驱动一般有较大的输出力，但与此同时流体驱动往往需要有较为复杂的管路、对应的流体源，使得不易携带、工艺复杂制作难度大；化学反应驱动器往往是不可逆的需要不断加入燃料且工艺要求高；而智能材料驱动器能够在外部刺激下(光、热、电、磁等)产生变形的物理属性变化来实现驱动功能。往往有着较好的响应，结构简单小巧便于携带，但输出力不足制约着其工程应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于介电弹性体材料的驱动机构，解决了现有技术中存在的输出力不足的问题。
本发明所采用的技术方案是，基于介电弹性体材料的驱动机构，包括两个相对设置的端盖，两个端盖之间连接有偶数个驱动器，多个驱动器沿端盖环向分布；驱动器包括互相贴合的第一薄膜和第二薄膜，第一薄膜和第二薄膜表面两端分别固定有固定夹片，两个固定夹片之间的薄膜表面固定有剪切条；第一薄膜包括介电弹性体薄膜，介电弹性体薄膜上、下表面贴附有导电聚合物电极，导电聚合物电极连接有导线，第二薄膜包括介电弹性体薄膜，介电弹性体薄膜一表面贴附有导电聚合物电极，另一表面与第一薄膜贴合。
本发明的特点还在于：
端盖包括环形盖体，盖体表面连接有环形卡板，卡板内径小于盖体内径，卡板外径大于盖体外径，沿卡板表面周向开设有多个卡槽，卡槽数量与驱动器相适配，卡槽深度大于卡板厚度且小于盖体厚度；每个驱动器两端卡接在卡槽内。
驱动器两端开设有通孔，通孔位于固定夹片处，还包括有柔性连接件，柔性连接件依次穿过每个通孔将驱动器连接。
每个固定夹片处开设有两个通孔，柔性连接件包括两个，每个柔性连接件依次穿过对应通孔将驱动器连接。
本发明的另一目的是提供一种驱动器的制备方法。
本发明所采用的另一技术方案是，驱动器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、分别对两个介电弹性体材料进行预拉伸，得到两个介电弹性体薄膜；
步骤2、在一个介电弹性体薄膜上、下表面贴附有导电聚合物电极并引出导线，得到第一薄膜；在另一个介电弹性体薄膜一表面贴附导电聚合物电极，得到第二薄膜；
步骤3、将第二薄膜与第一薄膜贴合，再在最外层导电聚合物电极表面对称贴合剪切条，并在薄膜表面两端贴合固定夹片，得到驱动器。
本发明的有益效果是：
本发明的基于介电弹性体材料的驱动机构，介电弹性体材料经过预拉伸后在外加电场激励下可产生较大的变形特性，即加电后电极区域薄膜变薄并向四周延伸，当撤掉电压后，可靠其原有的弹性恢复的原来的尺寸并产生一定恢复力；由于薄膜的特性预拉伸使其稳定性更好，多层叠加会增加其恢复力，为避免多层叠加时存在的由于边缘无电极区域的影响会使其变形减小的问题，采用多片纯剪切式驱动器圆周阵列的方式，在加电压时条形驱动器伸长，能保证其有大变形的同时又具有较大的输出力；为未来软体机器人和可穿戴助动等领域的柔性驱动提供技术支撑。本发明的基于介电弹性体材料的驱动机构中驱动器的制备方法，制作工艺简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明基于介电弹性体材料的驱动机构的结构示意图；
图2是本发明基于介电弹性体材料的驱动机构中驱动器的结构示意图；
图3是本发明基于介电弹性体材料的驱动机构中端盖的结构示意图。
图中：1.端盖，1-1.盖体，1-2.卡板，1-3.卡槽，2.驱动器，2-1.固定夹片，2-2.剪切条，2-3.介电弹性体薄膜，2-4.导电聚合物电极，2-5.导线，3.通孔，4.柔性连接件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
基于介电弹性体材料的驱动机构，如图1所示，包括两个相对设置的端盖1，两个端盖1之间连接有偶数个驱动器2，多个驱动器2沿端盖1环向分布；如图2所示，驱动器2包括互相贴合的第一薄膜和第二薄膜，第一薄膜和第二薄膜表面两端分别固定有固定夹片2-1，两个固定夹片2-1之间的薄膜表面固定有剪切条2-2；第一薄膜包括介电弹性体薄膜2-3，介电弹性体薄膜上、下表面贴附有导电聚合物电极2-4，导电聚合物电极2-4连接有导线2-5。第二薄膜包括介电弹性体薄膜2-3，介电弹性体薄膜2-3一表面贴附有导电聚合物电极2-4，另一表面与第一薄膜的导电聚合物电极2-4贴合。剪切条2-2为1mm厚的亚克力板，固定夹片2-1为0.2mm厚的PET薄膜，导电聚合物电极2-4为导电聚合物胶带EL8006，导线为铜箔。
如图3所示，端盖1包括环形盖体1-1，盖体1-1表面连接有环形卡板1-2，卡板1-2内径小于盖体1-1内径，卡板1-2外径大于盖体1-1外径，沿卡板1-2表面周向开设有多个卡槽1-3，卡槽1-3数量与驱动器2相适配，卡槽1-3深度大于卡板1-2厚度且小于盖体1-1厚度；每个驱动器2两端卡接在卡槽1-3内。驱动器2两端开设有通孔3，通孔3位于固定夹片2-1处，还包括有柔性连接件4，柔性连接件4依次穿过每个通孔3将驱动器2连接。本实施例中，柔性连接件4为铁丝，每个固定夹片2-1处开设有两个通孔3，柔性连接件4包括两个，每个柔性连接件4依次穿过对应通孔3将驱动器2连接。端盖1为有机玻璃材质。
驱动器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对两个介电弹性体材料进行等双轴4×4倍数的预拉伸，得到两个介电弹性体薄膜2-3，分别利用两个铝制矩形框架对每个介电弹性体薄膜2-3上、下表面进行约束，然后裁剪多余的介电弹性体薄膜2-3；
步骤2、在一个框架内的介电弹性体薄膜2-3上、下表面贴附导电聚合物电极2-4，并引出导线2-5，得到第一薄膜；在另一个框架内的介电弹性体薄膜2-3一表面贴附导电聚合物电极2-4，并引出导线2-5，得到第二薄膜；
步骤3、将第二薄膜的介电弹性体薄膜2-3一侧与第一薄膜贴合，再在最外层导电聚合物电极2-4对称贴合剪切条2-2，并在导电聚合物电极2-4两端贴合固定夹片2-1，沿框架内边缘裁剪得到驱动器2。
本实施例中，介电弹性体材料为VHB4910胶带，重复步骤1-3，根据需要得到偶数个纯剪切式条形驱动器，将其一一插入两个端盖1的卡槽1-3内，使外加电源所连电极区域正极与正极相对、负极与负极相对，避免正负极太近造成电击穿；用两个对应长度的铁丝将其固定于端盖上，即得到基于介电弹性体材料的驱动机构。
本发明基于介电弹性体材料的驱动机构的使用方法为：将偏置后方波信号经高压放大器放大后连接到导线2-5上，不同电压使其位移大小不同，不同周期使其伸缩速率不同。
通过以上方式，本发明的基于介电弹性体材料的驱动机构，介电弹性体材料经过预拉伸后在外加电场激励下可产生较大的变形特性，即加电后电极区域薄膜变薄并向四周延伸，当撤掉电压后，可靠其原有的弹性恢复的原来的尺寸并产生一定恢复力；由于薄膜的特性预拉伸使其稳定性更好，多层叠加会增加其恢复力，为避免多层叠加时存在的由于边缘无电极区域的影响会使其变形减小的问题，采用多片纯剪切式驱动器圆周阵列的方式，在加电压时条形驱动器伸长，能保证其有大变形的同时又具有较大的输出力；为未来软体机器人和可穿戴助动等领域的柔性驱动提供技术支撑。本发明的基于介电弹性体材料的驱动机构中驱动器的制备方法，制作工艺简单，易于实现。
Claims (5)
1.基于介电弹性体材料的驱动机构，其特征在于，包括两个相对设置的端盖（1），两个所述端盖（1）之间连接有偶数个驱动器（2），多个所述驱动器（2）沿端盖（1）环向分布；所述驱动器（2）包括互相贴合的第一薄膜和第二薄膜，所述第一薄膜和第二薄膜表面两端分别固定有固定夹片（2-1），两个所述固定夹片（2-1）之间的薄膜表面固定有剪切条（2-2）；所述第一薄膜包括介电弹性体薄膜（2-3），所述介电弹性体薄膜上、下表面贴附有导电聚合物电极（2-4），所述导电聚合物电极（2-4）连接有导线（2-5），所述第二薄膜包括介电弹性体薄膜（2-3），介电弹性体薄膜（2-3）一表面贴附有导电聚合物电极（2-4），另一表面与第一薄膜贴合。
2.根据权利要求1所述的基于介电弹性体材料的驱动机构，其特征在于，所述端盖（1）包括环形盖体（1-1），所述盖体（1-1）表面连接有环形卡板（1-2），所述卡板（1-2）内径小于盖体（1-1）内径，所述卡板（1-2）外径大于盖体（1-1）外径，沿所述卡板（1-2）表面周向开设有多个卡槽（1-3），所述卡槽（1-3）数量与驱动器（2）相适配，所述卡槽（1-3）深度大于卡板（1-2）厚度且小于盖体（1-1）厚度；每个所述驱动器（2）两端卡接在卡槽（1-3）内。
3.根据权利要求2所述的基于介电弹性体材料的驱动机构，其特征在于，所述驱动器（2）两端开设有通孔（3），所述通孔（3）位于固定夹片（2-1）处，还包括有柔性连接件（4），所述柔性连接件（4）依次穿过每个通孔（3）将驱动器（2）连接。
4.根据权利要求3所述的基于介电弹性体材料的驱动机构，其特征在于，每个固定夹片（2-1）处开设有两个通孔（3），所述柔性连接件（4）包括两个，每个柔性连接件（4）依次穿过对应通孔（3）将驱动器（2）连接。
5.根据权利要求1所述的基于介电弹性体材料的驱动机构，其特征在于，所述驱动器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、分别对两个介电弹性体材料进行预拉伸，得到两个介电弹性体薄膜（2-3）；
步骤2、在一个所述介电弹性体薄膜（2-3）上、下表面贴附有导电聚合物电极（2-4），并引出导线（2-5），得到第一薄膜；在另一个介电弹性体薄膜（2-3）一表面贴附导电聚合物电极（2-4），得到第二薄膜；
步骤3、将所述第二薄膜与第一薄膜贴合，再在最外层所述导电聚合物电极（2-4）表面对称贴合剪切条（2-2），并在所述薄膜表面两端贴合固定夹片（2-1），得到驱动器（2）。
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