[發(fā)明專利]一種基于4D打印技術的傳感執(zhí)行一體化裝置

有效

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• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112886858B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設計）人: 周燕;甘杰;李霏;文世峰;蔡志娟;馬國財;段隆臣;史玉升
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）;北京電子工程總體研究所
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 張毅

本發(fā)明公開了一種基于4D打印技術的傳感執(zhí)行一體化裝置。裝置包括智能感知伸縮構件、位移傳導件、壓電元件和電致驅動執(zhí)行元件；壓電元件和電致驅動執(zhí)行元件通過導線構成閉合電回路；位移傳導件的兩端分別與智能感知伸縮構件和壓電元件相連接，智能感知伸縮構件感知外界熱、磁、電、光信號，且與位移傳導件的連接的一端產生相對位移，位移傳導件將智能感知伸縮構件產生的微小位移傳導至壓電元件，壓電元件受到外力的作用產生正壓電效應，閉合電回路中產生電流。本發(fā)明皆以壓電元件的正壓電效應實現非電量信號向電量信號的轉化并最終驅動電致驅動執(zhí)行元件，實現了對外界環(huán)境各類信號的傳感執(zhí)行一體化設計。

技術領域

本發(fā)明涉及智能機器人技術領域，尤其涉及一種基于4D打印技術的傳感執(zhí)行一體化裝置。

背景技術

微電機系統(tǒng)在智能機器人領域迅猛發(fā)展，一方面，各式各樣的服役環(huán)境對智能機器人的要求進一步提高，微電機系統(tǒng)向更小體積、更高集成化的趨勢發(fā)展，傳感器與執(zhí)行器的集成一體化研究、制備面臨挑戰(zhàn)；另一方面，目前傳統(tǒng)的基于壓電效應的傳感執(zhí)行一體化裝置受限于材料或制造技術的不完全發(fā)展，可感知的信號還大多局限于機械振動信號，能對溫度、光強、磁激勵等信號實現自感知的傳感執(zhí)行一體化裝置仍亟待研究。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于，針對現有技術的上述不足，提出一種可實現對電、熱、磁、光等各種信號的自感知的基于4D打印技術的傳感執(zhí)行一體化裝置。

本發(fā)明的一種基于4D打印技術的傳感執(zhí)行一體化裝置，裝置包括智能感知伸縮構件、位移傳導件、壓電元件和電致驅動執(zhí)行元件；所述壓電元件和電致驅動執(zhí)行元件通過導線構成閉合電回路；所述位移傳導件的兩端分別與所述智能感知伸縮構件和壓電元件相連接，所述智能感知伸縮構件感知外界熱、磁、電、光信號，且與所述位移傳導件的連接的一端產生相對位移，所述位移傳導件將所述智能感知伸縮構件產生的微小位移傳導至所述壓電元件，所述壓電元件受到外力的作用產生正壓電效應，所述閉合電回路中產生電流。

進一步的，所述智能感知伸縮構件由電致型SMP、熱致型SMP、磁致型SMP、光致型SMP其中一種或多種材料經4D打印技術制備而成。

進一步的，所述4D打印技術為熔融沉積技術、立體光固化技術、直寫成型技術和立體噴墨印刷技術中的一種。

進一步的，所述電致驅動執(zhí)行元件由電致形狀記憶聚合物或\和電致形狀記憶合金4D打印制備而成。

進一步的，所述壓電元件為高分子壓電材料或陶瓷壓電材料通過增材制造技術成型。

進一步的，所述高分子壓電材料包括聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或改性聚氯乙烯；所述陶瓷壓電材料包括鈦鉛酸或鈦酸鋇。

進一步的，所述位移傳導件包括傳導桿，所述傳導桿的一端與所述智能感知伸縮構件連接固定，所述傳導桿的另一端與所述壓電元件連接固定。

進一步的，所述位移傳導件還包括限位件，所述限位件套設在所述傳導桿外，所述限位件固定設置在所述傳導桿運動軌跡某一位置，限制所述傳導桿沿預設運動軌跡移動。

進一步的，所述裝置還包括電流表，所述電流表串聯(lián)在所述壓電元件和電致驅動執(zhí)行元件通過導線構成的閉合電回路中。

本發(fā)明的一種基于4D打印技術的傳感執(zhí)行一體化裝置，通過智能感知伸縮構件感知外界熱、磁、電、光等信號，并將感知的信號轉換為位移，并通過位移傳導件將所述智能感知伸縮構件產生的微小位移傳導至所述壓電元件，所述壓電元件受到外力的作用產生正壓電效應，進一步使得電致驅動執(zhí)行元件最終輸出機電信號，機電信號輸出的大小程度取決于智能感知伸縮構件所吸收外界驅動因子的強弱，本發(fā)明皆以壓電元件的正壓電效應實現非電量信號向電量信號的轉化并最終驅動電致驅動執(zhí)行元件，實現了對外界環(huán)境各類信號的傳感執(zhí)行一體化設計，應用在智能機器人上可以拓展了智能機器人對外界環(huán)境的自感知功能。