[发明专利]一种自感知柔性执行器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自感知柔性执行器制备方法。柔性执行器包括硅胶管、顶面、硅胶薄膜、底面、导线、导电银胶、侧边曲面、粘接剂薄膜；顶面、硅胶薄膜、底面形成一个密封腔，通过硅胶管控制密封腔的压力；侧边曲面和顶面、底面之间是一层导电银胶，使执行器的电气连接更加稳定；粘接剂薄膜位于侧边曲面和硅胶薄膜之间；侧边曲面顶部和底部分别引出一根导线，用于测量执行器的电阻变化；侧边曲面采用多孔材料制备得到，多孔材料内部嵌入大量导电纳米颗粒，形成一个复杂的导电网络，可用于检测柔性执行器的驱动压强、外部拉力、外部压力。本发明可用于柔性执行器的驱动传感一体化设计，在人机交互、软体机器人等领域具有广阔的应用潜力。

技术领域

本发明属于智能制造领域的柔性执行器，具体涉及一种自感知柔性执行器及其制备方法。

背景技术

大多数柔性传感器只能用于检测拉伸变形，而负压驱动的柔性执行器在工作时拉伸变形极小，现有的柔性传感器无法检测负压驱动的柔性执行器的变形。针对该问题，有必要研究一种用于负压驱动的柔性执行器的传感方式以实现驱动传感一体化。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种自感知柔性执行器制备方法，用多孔材料成型代替硅胶浇注制作柔性执行器，将导电纳米颗粒嵌入多孔材料内部，以实现负压驱动的柔性执行器的自感知能力。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种自感知柔性执行器

包括顶面、底面、侧边曲面和硅胶管，侧边曲面采用多孔材料制备得到；侧边曲面密封包围连接在顶面和底面之间，顶面、侧边曲面、底面围成密封腔；

侧边曲面主要由四个曲面包围而成，曲面的上下边分别连接顶面和底面的四条侧边，顶面和底面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；顶面插装有硅胶管，硅胶管一端伸入密封腔内，另一端连接至外部气源；

侧边曲面外表面依次涂覆有粘接剂薄膜和硅胶薄膜，侧边曲面与顶面之间、侧边曲面与底面之间涂覆有导电银胶且连接有一根导线，上下两根导线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。

所述多孔材料内部嵌入有导电纳米颗粒，导电纳米颗粒为炭黑。

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；密封腔内部压力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。

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，顶面和底面的导电银胶使大量导电通路的两端连接起来，形成大量并联的电阻，使执行器在静止时的电阻阻值较小；

柔性执行器的上下两根导线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，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，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：