[发明专利]一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人

说明书

本发明公开一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，包括：基于介电弹性体的锥形驱动器和支撑架；基于介电弹性体的锥形驱动器，包括介电弹性体和施载质量块；介电弹性体安装于支撑框架中，支撑框架安装于支撑架上；介电弹性体包括介电弹性体薄膜和分别设置于介电弹性体薄膜上下两面上的柔性电极；施载质量块放置于介电弹性体的上部中心；施载质量块连接安装于支撑架上的单向轮系统。本发明公开的小型移动机器人，由介电弹性体驱动，质量轻、无噪声、能量密度高、具备柔性、仿生性；单层介电弹性体薄膜可以驱动的施载质量块总质量为20‑80g之间，负载能力强。

技术领域

本发明属于小型机器人领域，具体涉及一种基于介电弹性体的锥形驱动移动机构。

背景技术

小型移动机器人具备体积小、质量轻、能耗低、机动灵活、成本低等特点，以探测、侦察为背景，在工业、军事、抢险救灾等领域有较大的应用潜力。传统的小型移动机构主要由电机驱动，移动速度较快，但是结构、控制复杂、质量大，难以微小型化，且运动过程中有噪声，柔性、仿生性能差。

介电弹性体是一种电活性聚合物智能材料，又被称为“人工肌肉”，将其用于移动机构驱动器具有诸多优点，质量轻、变形大、能耗低、响应快、无噪声、具有柔性、制作简单、成本低，是一种良好的仿生材料。由于其输出力较小，现有基于介电弹性体驱动的机器人，大都存在运动速度慢、负载能力差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，以解决传统微小型移动机器人机构、控制复杂、质量重，现有基于介电弹性体移动机器人负载能力差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于介电弹性体的锥形驱动机器人，包括：基于介电弹性体的锥形驱动器和支撑架；基于介电弹性体的锥形驱动器，包括介电弹性体和施载质量块；介电弹性体安装于支撑框架中，支撑框架安装于支撑架上；介电弹性体包括介电弹性体薄膜和分别设置于介电弹性体薄膜上下两面上的柔性电极；施载质量块放置于介电弹性体的上部中心；施载质量块连接安装于支撑架上的单向轮系统。

进一步的，支撑框架包括上部框架和下部框架，介电弹性体薄膜夹持于上下部支撑框架之间。

进一步的，介电弹性体薄膜为聚丙烯酸酯材料。

进一步的，介电弹性体薄膜选用VHB4910胶带，至少经过等双轴2.5×2.5以上倍数的机械预拉伸形成。

进一步的，支撑框架中设置多层介电弹性体薄膜，相邻两层电弹性体薄膜件共用一层柔性电极。

进一步的，单向轮系统包括连接轴和若干单向轮；连接轴固定连接施载质量块；支撑架的底部一侧安装有若干单向轮，另一侧设置有滑槽；连接轴穿过滑槽；连接轴两端安装有单向轮。

进一步的，支撑架为3D打印支撑架。

进一步的，于支撑框架插于支撑架上。

进一步的，在柔性电极未通电的初始状态，施载质量块处于第一平衡位置；当介电弹性体两侧柔性电极加载电压时，介电弹性体刚度下降，在预载荷的作用下施载质量块和介电弹性体向下运动到第二平衡位置，断电后介电弹性体刚度上升，在回复力的作用下施载质量块向上运动回到第一平衡位置，完成一个运动周期；施载质量块的运动过程中带动单向轮系统单向运动。

进一步的，柔性电极中加载正弦交流电，介电弹性体带动施载质量块在第一平衡位置和第二平衡位置之间往复运动，实现单向轮系统单向运动。

介电弹性体采用铜箔电极、铁氟龙超细特软镀银线。介电弹性体薄膜经过等双轴机械预拉伸后，由上、下部支撑框架夹紧；在介电弹性体薄膜正、反两侧均匀涂抹柔性导电碳膏，形状为圆形；再将铜箔分别粘附于上、下部支撑框架，作为导线接触电极。