[发明专利]一种自感知柔性执行器及其制备方法

权利要求书

1.一种自感知柔性执行器，其特征在于，包括顶面(2)、底面(4)、侧边曲面(7)和硅胶管(1)，侧边曲面(7)采用多孔材料制备得到；侧边曲面密封包围连接在顶面(2)和底面(4)之间，顶面(2)、侧边曲面(7)、底面(4)围成密封腔；

侧边曲面(7)主要由四个曲面包围而成，曲面的上下边分别连接顶面(2)和底面(4)的四条侧边，顶面(2)和底面(4)尺寸相同且上下不对称，相邻曲面之间通过倾斜的棱边相连，棱边厚度大于曲面厚度；顶面(2)插装有硅胶管(1)，硅胶管(1)一端伸入密封腔内，另一端连接至外部气源；

侧边曲面(7)外表面依次涂覆有粘接剂薄膜(8)和硅胶薄膜(3)，侧边曲面(7)与顶面(2)之间、侧边曲面(7)与底面(4)之间涂覆有导电银胶(6)且连接有一根导线(5)，上下两根导线(5)均连接至数据采集卡；

柔性执行器具备驱动功能和传感功能；

所述柔性执行器具备传感功能，具体为：

多孔材料内部的导电颗粒使柔性执行器形成大量导电通路，每条导电通路相当于一个电阻，顶面(2)和底面(4)的导电银胶(6)使大量导电通路的两端连接起来，形成大量并联的电阻；

柔性执行器的上下两根导线(5)与数据采集卡连接以获取柔性执行器的电阻变化；对柔性执行器施加作用力，柔性执行器的形状发生变化，部分导电通路断开，部分并联电阻断开，柔性执行器电阻突然增大；待作用力不变后，柔性执行器内部趋于稳定，新的导电通路形成，柔性执行器电阻开始减小；数据采集卡实时获取电阻变化曲线；电阻变化曲线中的峰值随作用力增大而增大；

对柔性执行器施加的作用力类型不同，柔性执行器的电阻变化率曲线不同，作用力类型包括驱动压强、外部拉力和外部压力，驱动压强为外部气源对柔性执行器接负压或大气压；

通过下述方法获取在柔性执行器上施加的作用力的类型及大小：

1)曲线标定：对柔性执行器施加标准的驱动压强、外部拉力、外部压力，用数据采集卡采集得到柔性执行器的电阻变化率，从而得到驱动压强和电阻变化率峰值之间的曲线、外部拉力和电阻变化率峰值之间的曲线、外部压力和电阻变化率峰值之间的曲线，再用数学函数拟合曲线后，分别得到驱动压强、外部拉力和外部压力分别与电阻变化率峰值之间的关系式；

2)k近邻算法训练模型：对柔性执行器施加标准的驱动压强、外部拉力、外部压力，用数据采集卡采集得到柔性执行器的电阻变化率，分别计算在驱动压强、外部拉力、外部压力作用下柔性执行器的电阻变化率特征，得到训练集和测试集，利用k近邻算法训练模型；

3)采用k近邻算法训练模型确定待检测作用力的作用力类型：通过数据采集卡获取待检测作用力对柔性执行器施压时的电阻变化率数据，然后利用步骤2)训练好的k近邻算法训练模型对电阻变化率数据进行实时分类确定作用力类型；

4)采用曲线标定获得的函数计算待检测作用力的大小：将电阻变化率数据的峰值带入步骤1)获得的对应作用力类型和电阻变化率峰值之间的关系式中，从而得到待检测作用力的大小。

2.根据权利要求1所述的一种自感知柔性执行器，其特征在于，所述多孔材料内部嵌入有导电纳米颗粒，导电纳米颗粒为炭黑。

3.根据权利要求1所述的一种自感知柔性执行器，其特征在于，

所述柔性执行器具备驱动功能，具体为：

外部气源对密封腔接负压时，由于棱边厚度大于曲面厚度，曲面最先向内凹陷，带动棱边朝倾斜方向扭转，从而带动整个柔性执行器朝倾斜方向扭转，柔性执行器高度降低；密封腔内部压强由负压变成大气压时，多孔材料中储存的弹性势能释放，驱动柔性执行器恢复到初始状态。