[发明专利]基于静电吸附与阻塞原理的柔性变刚度机构及制作方法

说明书

本发明公开了基于静电吸附与阻塞原理的柔性变刚度机构及制作方法，包括第一静电吸附装置、中间加夹层和第二静电吸附装置；第一静电吸附装置和第二静电吸附装置结构相同，中间加夹层设置在第一静电吸附装置和第二静电吸附装置之间，整体构成阻塞结构；本发明通过对静电吸附装置施加不同电压，能够实现不同刚度的变化；通过电压的大小去调节刚度的大小，具有良好的可控性，同时变刚度效果较明显，且不产生噪声。

技术领域

本发明属于智能材料与智能结构领域，特别涉及基于静电吸附与阻塞原理的柔性变刚度机构及制作方法。

背景技术

变刚度技术可应用于主动吸振，单元驱动等领域，例如飞机发动机的减振降噪，房屋、桥梁等建筑的抗震等，不管是在科学研究还是在工程应用中，变刚度技术都有着举足轻重的作用。目前实现变刚度的方法和技术有：电流变技术，磁流变技术，变刚度弹簧等，其中电流变技术与磁流变技术发展尚不成熟，可控性难以保证，变刚度弹簧机构较为复杂，其形状固定，适用对象有限。近年来，静电吸附技术以其不破坏被吸物品、吸力可控等优势发展迅速。目前的静电吸附技术主要用于吸附物品，美国科学家Herbert Shea等将静电吸附原理应用于制作机器人的抓手，用以吸附、抓取外形不规则的物体，在国内，华南理工大学在爬墙机器人的设计中运用静电吸附原理来制作机器人吸附墙壁的履带。阻塞结构是限制中间夹层运动的一种结构，西安交通大学通过阻塞结构设计出了气动手术臂，可实现一定的变刚度要求，但气体驱动设备较为复杂，且气泵噪声较大，不利于满足减振降噪的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供基于静电吸附与阻塞原理的柔性变刚度机构及制作方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于静电吸附与阻塞原理的柔性变刚度机构，包括第一静电吸附装置、中间加夹层和第二静电吸附装置；第一静电吸附装置和第二静电吸附装置结构相同，中间加夹层设置在第一静电吸附装置和第二静电吸附装置之间，整体构成阻塞结构；

第一静电吸附装置包括基底、封膜和电极材料；电极材料设置在基底上表面，封膜设置在电极材料上表面，电极材料在基底上表面呈梳齿状；当第一静电吸附装置1和第二静电吸附装置通直流电压时，第一静电吸附装置、中间加夹层和第二静电吸附装置贴合。

进一步的，中间加夹层为金属片、纸张或PET薄膜。

进一步的，基底由质量配比为9：1的00-20型硅橡胶和纳米钛酸钡颗粒混合制成，厚度为200-400μm。

进一步的，电极材料为碳膏和硅橡胶混合物，质量配比为1：1，厚度为150-200μm。

进一步的，封膜为186型硅橡胶，厚度为200-400μm。

进一步的，基于静电吸附与阻塞原理的柔性变刚度机构的制作方法，基于上述任意一项所述的基于静电吸附与阻塞原理的柔性变刚度机构，具体步骤包括：

1)将PET薄膜放置在激光切割机的操作台上，对激光切割机输入画好的梳齿状电极形状，调好切割速度和切割功率，启动切割机，得到掩膜版；

2)制作静电吸附装置，使用流延机在PET薄膜上流延一层基底，待其加热固化；然后将掩膜版紧密贴合在基底上，再使用流延机在基底上流延一层电极材料，然后将掩膜版取下，加热至电极材料固化；接着在电极材料上流延一层封膜，加热使膜固化；最后使用刀片将静电吸附装置从PET薄膜上取下；

3)对两个静电吸附装置施加直流电压，第一静电吸附装置的下表面吸附中间加夹层的上表面，第二静电吸附装置的上表面吸附中间夹层的下表面，三层结构紧密贴合，增大了彼此间的摩擦力，提高了等效刚度。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：