[发明专利]一种介电高弹体球体形驱动器

说明书

本发明公开了一种基于介电高弹体的软球体驱动器的结构，由VHB高分子聚合物膜、乳胶气球、导电碳脂、铜片、硬质框架，阀门、导管和氦气组成。介电体VHB薄膜放置在乳胶气球的外部，球膜双面都涂有导电碳脂，铜片用于连接外加高压，由导管充入氦气，导管与阀门连接以便调节进气量。存在以下三种方法可以驱动该软球体：（1）在高电压作用下，两种材料的体积可以同时扩张；（2）先驱动内部天然乳胶气球，然后乳胶球破裂后，继续对外层VHB球膜施加高电压，系统整体体积进一步增大；（3）用高压驱动仅驱动VHB球膜，用压力传感器测球内相关参数变化。本发明相对于现有技术，有利于实现软驱动球体的大变形，可有效减小机构尺寸，提升整体结构的可靠性。

技术领域

本发明涉及机器人驱动器领域，特别是涉及一种介电高弹体球体形驱动器。

背景技术

在过去的十年中，机器人的类似肌肉的驱动器得到了迅速发展，比如在光学、生物工程、人机接口，和类-肌肉发电机方面的应用。在不同种类的活性材料中，特别是电活性聚合物软介质材料，具有良好的柔性，大的活性变形、高能量密度、和及时的反应，在介电弹性体致动器中广泛的应用。

软介电质EAP类似于一个兼容的电容器，主体弹性膜夹在两层兼容电极中间，当电压作用于电极之上时，静电力即Maxwell应力借助电极上的电荷在厚度方向挤压弹性体，不可压缩的膜在面内扩张。当电压关闭或者电极短路时，薄膜在弹性力作用下恢复到初始状态。正是由于这种独特的属性，软介质EAP被用于需要灵活大变形的结构；制作驱动器最广泛使用的介电材料是有机硅和丙烯酸弹性体，他们具有低弹性模量和电能，高介电常数和击穿强度等优异的机械性能。

弹性体膜可以制成很多种形状，比如平面，曲面等。有研究设计出了一个VHB 4910折叠袋，内部喷有石墨粉，空气被充入该弹性体薄膜袋使其膨胀至介电薄膜所需的预应力值，通过抖动膨胀的气球，石墨粉能够粘在弹性膜的内表面；然后用刷子把石墨粉和硅油的混合物均匀的涂在气球的外表面。在电压驱动状态下，球体驱动器在某一电压值下，体积显著增大；该设计的不足之处是球体结构在预拉伸状态时不能完全密封，需要间隔地充气。

发明内容

为了解决现有软驱动球体变形小、结构易漏气等问题，本发明提供一种介电高弹体球体形驱动器。该机构采用高压电驱动，利用乳胶气球良好的密封性，VHB介电高弹体的易变形，和Snap-through变形等性能，克服球体体积变形小，可控性能差等缺陷，实现大变形，节能，和可控的飞行；本发明提供一种介电高弹体球体形驱动器，包括导管、阀门、VHB高分子聚合物球膜、铜片、乳胶气球、氦气和可导电的兼容电极，所述VHB高分子聚合物球膜内部有导管、乳胶气球和氦气，所述VHB高分子聚合物膜覆盖在乳胶气球外部构成整个介电弹性体球壳，所述阀门位于整个介电弹性体球壳外部与导管相连，所述导管固定在乳胶气球内部，所述VHB高分子聚合物球膜内插装有铜片，所述可导电的兼容可拉伸结构分别涂在VHB高分子聚合物球膜和乳胶气球的球膜的双面，所述铜片接外控设备。

本发明的进一步改进，所述外控设备包括电控设备、连接板和高压放大器，所述连接板将电控设备和高压放大器相连，所述高压放大器接铜片，连接板一端与电控设备相连，一端与Trek 10/40A高压放大器相连，用于低压端输入；Trek 10/40A高压放大器与铜片连接，输出高压到高弹体球膜上。

本发明的进一步改进，所述高压放大器为Trek 10/40A高压放大器，所述连接板为BNC2120连接板，本发明高压放大器和连接板主要采用以上两个型号，其中Trek 10/40A高压放大器可以输出不同频率的交流电压和直流电压。