[发明专利]一种感知/执行共体的柔性驱动器有效
申请号: | 201911278907.3 | 申请日: | 2019-12-13 |
公开(公告)号: | CN111015741B | 公开(公告)日: | 2021-04-27 |
发明(设计)人: | 蒋维涛;刘红忠;刘江;韩捷;雷彪 | 申请(专利权)人: | 西安交通大学 |
主分类号: | B25J19/02 | 分类号: | B25J19/02;G01D21/02 |
代理公司: | 西安智大知识产权代理事务所 61215 | 代理人: | 贺建斌 |
地址: | 710049 陕*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 感知 执行 柔性 驱动器 | ||
一种感知/执行共体的柔性驱动器,包括由柔性基体和其内部的柔性驱动单元构成的柔性驱动器,在柔性基体表面及内部定域布置液态金属感知单元,液态金属感知单元和引线连接;当柔性基体发生变形时,柔性基体的膨胀或收缩同时会带动着相应的液态金属感知单元伸长或缩短,当液态金属伸长时,长度的增加以及横截面积的减小,会使液态金属的电阻增加;当液态金属缩短时,长度的减小以及横截面积的增加,会使液态金属的电阻减小;通过获得液态金属电阻的变化就得到柔性基体在该液态金属感知单元处的应变;在柔性基体表面和内部定域布置液态金属感知单元,能够实现对柔性驱动器表面和体相任意位置的应变进行实时、在线测量。
技术领域
本发明属于微纳制造与传感技术领域,特别涉及一种感知/执行共体的柔性驱动器。
背景技术
与具有复杂机械结构的传统驱动器相比,以柔性功能材料为基体的柔性驱动器,在诸如温度、光、电流等条件下,可以通过简单的结构实现复杂的、智能的机械形变,具有优异的机械柔性、优异的环境适应性等功能特征,在狭小空间探测、机器人关机臂、生物体内智能植入系统等领域,展现了巨大的发展前景。
执行精度是制约柔性驱动器发展的主要瓶颈问题,为了提高柔性驱动器的执行精度,当前主要采用测量单元对执行物理量进行感知,再将感知量反馈到驱动器的控制单元进行反馈补偿,从而提高驱动器的执行精度。而目前的测量单元主要为贴装结构,该种结构仅能感知贴装处的物理量(如温度、应变等),不能感知任意位置尤其是体相内部的物理量,难以反映驱动器的真实服役状态,如体相内部温度分布、局域应变集中、以及相应的裂纹状态等。
由于传统的传感器件大多基于铜、铁等金属和半导体材料,其拉伸性和敏感性受到很大限制,因此当柔性驱动器发生较大变形时,难以对其表面及体相内部物理量进行感知。另外,由于驱动器失效的主要原因是体相裂纹及体相内部强度的不足导致驱动器损坏,因此,对驱动器体相内部关键点的应变感知,对于提高驱动器精度、保证其稳定服役,具有重要意义。
由于驱动器对精度的要求不断变高,服役环境不断趋于复杂,因此需要发展感知/执行共体的驱动器,特别是对于柔性驱动器而言,需要对表面及体相关键点的多物理量进行感知。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供了一种感知/执行共体的柔性驱动器,可实现在柔性驱动器大变形时对表面和体相内任意点物理量(如温度、应变等)的感知。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:
一种感知/执行共体的柔性驱动器,包括由柔性基体1和其内部的柔性驱动单元2构成的柔性驱动器,在柔性基体1表面及内部定域布置液态金属感知单元3,液态金属感知单元3和引线4连接。
所述的柔性基体1采用三维立体结构,柔性基体1内部分布有一个或多个腔体,腔体内设置柔性驱动材料,构成柔性驱动单元2。
所述的柔性基体1为柔性材料,包括PDMS、Ecoflex、水凝胶等。
所述的柔性驱动单元2包括液气相变驱动单元、水凝胶驱动单元、气体驱动单元、离子液体驱动单元。
所述的液态金属感知单元3的液态金属为细线状,线宽或直径为0.01mm~1mm;液态金属为熔点低于200℃的金属单质或合金,包括镓及其合金、铋基合金等。
所述的引线4部分嵌入柔性基体1中,一端与液态金属感知单元3连接,另一端引到柔性基体1外。
每个液态金属感知单元3独立工作,多个液态金属感知单元3在柔性基体1及其腔体中呈现网络状优化布局,构成传感阵列,实现X、Y、Z及空间各个方向上的物理量测量,物理量为应变和温度。
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