[發(fā)明專利]一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動(dòng)器及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210573251.3
• 申請(qǐng)日: 2022-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN114952815A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏發(fā)南;翟竹山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/14
• 分類號(hào): B25J9/14;B25J19/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動(dòng)器及其制造方法：所述致動(dòng)器包括順序排列且以接觸面連接組合為一體的第一彈性片體、相變腔室片體和第二彈性片體；所述第一彈性片體的彈性模量小于第二彈性片體；第一彈性片體的邊緣與第二彈性片體的邊緣相連；所述相變腔室片體包括填充有液態(tài)的液汽相變材料的彈性腔室；當(dāng)致動(dòng)器的溫度上升使液汽相變材料從液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)時(shí)，所述相變腔室片體在蒸汽壓力下膨脹并驅(qū)動(dòng)第一彈性片體、第二彈性片體形變，所述第一彈性片體的形變量大于第二彈性片體，使致動(dòng)器向第二彈性片體一側(cè)彎曲；本發(fā)明以液汽相變材料相變時(shí)的飽和蒸汽壓驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器變形，其制造方法可制造具有復(fù)雜腔室結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軟體機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動(dòng)器及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來，軟體致動(dòng)器由于其自由度高、變形大、柔韌性等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。

目前，大部分軟體致動(dòng)器是由氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，雖然氣動(dòng)軟體致動(dòng)器能夠快速反應(yīng)并產(chǎn)生大變形，但是它仍存在許多缺陷，首先是它需要笨重的汽泵等外部設(shè)備，其次傳統(tǒng)的氣動(dòng)軟體致動(dòng)器的腔室制造過程方法復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動(dòng)器及其制造方法，以液汽相變材料相變時(shí)的飽和蒸汽壓驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器變形，其制造方法可制造具有復(fù)雜腔室結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括順序排列且以接觸面連接組合為一體的第一彈性片體、相變腔室片體和第二彈性片體；所述第一彈性片體的彈性模量小于第二彈性片體；第一彈性片體的邊緣與第二彈性片體的邊緣相連；所述相變腔室片體包括填充有液態(tài)的液汽相變材料的彈性腔室；當(dāng)致動(dòng)器的溫度上升使液汽相變材料從液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)時(shí)，所述相變腔室片體在蒸汽壓力下膨脹并驅(qū)動(dòng)第一彈性片體、第二彈性片體形變，所述第一彈性片體的形變量大于第二彈性片體，使致動(dòng)器向第二彈性片體一側(cè)彎曲。

所述第二彈性片體的底面與彈性腔室的頂面相連接形成致動(dòng)器的頂面；所述第一彈性片體與彈性腔室的底面、側(cè)壁相連形成致動(dòng)器的底面與側(cè)面；當(dāng)致動(dòng)器的溫度下降使液汽相變材料從氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時(shí)，致動(dòng)器在彈力作用下回復(fù)為平板形態(tài)。

所述第一彈性片體的材質(zhì)為ecoflex0030硅橡膠；所述第二彈性片體的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷，即PDMS；所述液汽相變材料為無水乙醇或者Novec-7000電子氟化液。

所述第二彈性片體內(nèi)置電熱絲，當(dāng)電熱絲通電后，以焦耳熱效應(yīng)使致動(dòng)器升溫。

所述致動(dòng)器呈長條矩形；多個(gè)致動(dòng)器以長條矩形的中心交叉組合為可抓握物體的抓手結(jié)構(gòu)，當(dāng)電熱絲通電時(shí)，抓手結(jié)構(gòu)執(zhí)行抓握動(dòng)作，當(dāng)電熱絲冷卻時(shí)，抓手結(jié)構(gòu)復(fù)位。

所述彈性腔室使用水溶性聚乙烯醇PVA輔助制造，具體方法為：在已經(jīng)固化的ecoflex0030材質(zhì)的最底層上貼上裁剪好的PVA膜，然后在其上方倒入ecoflex0030的前體A液和B液1:1配比的混合液；混合液固化后通過針筒往PVA膜處注入水使其溶解并以針筒排出，重復(fù)進(jìn)行幾次注水排出操作即可形成彈性腔室。

基于液汽相變材料的電熱軟體致動(dòng)器的制造方法，包括以下步驟；

步驟S1、通過3D打印機(jī)打印模具，把PVA膜裁剪成所設(shè)計(jì)的彈性腔室形狀，按預(yù)設(shè)計(jì)腔室的高度來使PVA膜具備對(duì)應(yīng)的厚度；

步驟S2、致動(dòng)器底層制備：將ecoflex0030硅橡膠的A液和B液按1:1的比例混合，倒入模具的第一層，然后在電烤箱中固化10-15分鐘，電烤箱溫度設(shè)置為50攝氏度；

步驟S3、致動(dòng)器中間層制備：將裁剪好的PVA膜貼到固化好的致動(dòng)器底層的硅膠上，并倒入ecoflex0030混合液，隨后放到電烤箱中固化10-15分鐘，電烤箱溫度設(shè)置為50攝氏度；