[发明专利]一种用于热驱动人工肌肉纤维的测试装置及其应用方法

说明书

本发明涉及材料测试技术领域，公开了一种用于热驱动人工肌肉纤维的测试装置及其应用方法，该装置包括：底座；竖直固定于底座上的升降机构；上端固定于升降机构的顶部、底端固定于底座上的弹簧加热圈；固定于人工肌肉纤维底部的载荷砝码；温度控制器；设于底座上且位于载荷砝码的下方的传感器；传感器显示器。本发明装置可满足多种类型人工肌肉纤维的驱动行为测试，该装置能够对人工肌肉纤维进行定载荷测试，获得热驱动下的位移，转速和转数等信号，测试操作简单，记录结果可靠。

技术领域

本发明涉及材料测试技术领域，尤其涉及一种用于热驱动人工肌肉纤维的测试装置及其应用方法。

背景技术

人工肌肉纤维是一种能够将外界刺激（如热、电、光）转化为机械能输出的柔性驱动器，由于其特殊的纤维结构便于加工成复杂结构（纱线和织物），因此其在航空航天、生物材料、储能、软体机器人以及柔性传感器等领域有着广泛的应用前景。

人工肌肉纤维的驱动行为主要有伸长，收缩，弯曲，扭转和旋转等形式，因此，测试人工肌肉纤维在额定载荷下对目标物体的做功能力，对人工肌肉纤维设计和应用具有重要意义。然而，现有的材料热机械分析仪，主要有动态热机械分析仪和静态热机械分析仪两种，它们只能针对单一的测试模式（拉伸，压缩和弯曲中的其中一种）表征其应力-应变信号。其关键性评价参数如驱动应变、输出功、输出功率、能量转换效率等无法从常规热机械分析仪得到。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于热驱动人工肌肉纤维的测试装置及其应用方法，本发明装置可满足多种类型人工肌肉纤维的驱动行为测试，该装置能够对人工肌肉纤维进行定载荷测试，获得热驱动下的位移，转速和转数等信号，测试操作简单，记录结果可靠。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种用于热驱动人工肌肉纤维的测试装置，包括：

底座；

升降机构，竖直固定于所述底座上；

弹簧加热圈，上端固定于所述升降机构的顶部，底端固定于底座上，用于供热驱动人工肌肉纤维穿过；

载荷砝码，在测试状态下固定于所述热驱动人工肌肉纤维的底部；

温度控制器，与弹簧加热圈电连接；

至少一个传感器，设于底座上且位于所述载荷砝码的正下方；

传感器显示器，与传感器电连接。

本发明测试装置的工作原理为：弹簧加热圈上下两端开口可供人工肌肉纤维贯穿其中，弹簧加热圈的长度可通过升降机构的上下位移而调节。载荷砝码悬挂在人工肌肉纤维底端并悬空；传感器安装固定在载荷砝码垂直线底部并保持一段间隙。人工肌肉纤维在弹簧加热圈作用下加热，人工肌肉纤维的驱动温度通过温度控制器设定，加热过程中记录热驱动人工肌肉纤维的转速-时间曲线、转数-捻度曲线、位移-时间曲线等。

本发明测试装置采用弹簧加热圈，相较于传统的加热丝加热方式，其优势在于：首先，弹簧加热圈的加热区域可根据实际测试需要调整，将弹簧加热圈拉长、压缩和改变螺旋角，能够调整加热区域的内径和长度等；其次，弹簧加热圈的加热功率能够满足多种功率输出（100W-2000W），温度范围在室温至400 ℃，这是普通电热丝在不改变输入电压情况下无法达到的（电热丝温度控制需要配备可调稳压电源使用）。