PVC凝胶驱动及CNT/PDMS传感一体化柔性抓手的研究

鉴于目前关于软体机器人的研究大多仅致力于软活性材料的驱动功能,忽视了传感功能,研究一款集驱动与传感一体化的柔性抓手机器人。首先研究PVC凝胶驱动器结构设计与制备工艺,然后研究CNT/PDMS柔性传感结构的制造工艺,在此基础上,以PVC凝胶驱动器作为柔性抓手的驱动单元,以CNT/PDMS立体结构作为柔性抓手的传感单元,设计出一款具有驱动与传感一体化的功能结构,并对该功能结构进行测试。研究结果表明:在施加800 V直流电压下单根手指的弯曲角度可达32.5°;在400 V直流电压驱动下,由两根柔性手指构成的抓手能够抓取直径为15 mm、邵氏硬度分别为10~20、30~50的易变形的硅橡胶圆柱体;在抓取不同硬度的圆柱体时,CNT/PDMS的电阻变化率亦不同,表明CNT/PDMS柔性传感结构可以感知抓取物体的软硬度,证明了本研究关于驱动及传感一体化结构设计的可行性。该研究可为后续软体机器人的设计及制造提供参考。

介电高弹聚合物理论

软材料受刺激会发生变形,该变形会引起相应的功能,这种材料称为活性软材料(softactive material,SAM).本综述主要讨论介电高弹聚合物这一类活性软材料.当介电高弹聚合物薄膜受到厚度方向的电压作用时,薄膜厚度减小同时面积增大,可导致超过100%的应变.介电高弹聚合物作为转换器被广泛应用,包括柔性机器人、智能光学器件、盲文显示屏、发电机等.本文综述了建立在连续介质力学和热力学框架内的、并且基于分子理论描述和经验观测的介电高弹聚合物理论.该理论耦合了大变形和电势,描述了非线性和非平衡行为,如力电失稳和黏弹性.采用该理论能够通过有限元方法模拟实际构型的转换器,计算力电能量转换的效率,给出电致大变形的可行途径.该理论有助于材料和器件设计.