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【附圖說明】
[0030]圖1為本實施例的基于介電彈性體的充氣式變形體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032]如圖1所示，本實施例的基于介電彈性體的充氣式變形體，包括設(shè)有充氣閥的氣囊1，該氣囊為介電彈性體薄膜，介電彈性體薄膜中嵌設(shè)有用于限制氣囊充氣變形方向的定向纖維2，其上、下表面設(shè)有至少1個柔性電極對3，柔性電極對用于外接使柔性電極對覆蓋區(qū)域的介電彈性體薄膜發(fā)生形變的驅(qū)動電壓。
[0033]每根定向纖維首尾連接，氣囊充氣后所有定向纖維所在平面平行，每根定向纖維呈圓環(huán)狀。相鄰定向纖維所在平面間的距離相等，且均為1?10mm(本實施例中優(yōu)選為3mm) ο
[0034]本實施例中介電彈性體薄膜預(yù)拉伸前的厚度為1mm，定向纖維的直徑為0.1?0.5mm，且小于驅(qū)動層的厚度0.3mm，柔性電極預(yù)拉伸前厚度為1 μπι。
[0035]為達(dá)到形變限制功能，定向纖維的剛度為驅(qū)動薄膜的剛度15倍以上。
[0036]本實施例中定向纖維的材質(zhì)為尼龍纖維，介電彈性體薄膜的材質(zhì)為3M-VHB 4910材料材料。
[0037]以氣囊充氣后垂直于定向纖維所在平面的方向作為變形體的長度方向，當(dāng)氣囊充氣后，在垂直于長度方向的各個橫截面為圓形(即截面圓)，每個截面圓的大小取決于沿長度方向到該截面圓的距離最小的兩根定向纖維的長度。
[0038]本實施例中有定向纖維的長度相同，此時充氣后，氣囊呈柱體(實際上不是嚴(yán)格的柱體，應(yīng)理解為類似于柱體結(jié)構(gòu))。該柱體的在垂直長度方向上的外周長(即垂直長度方向上的截面的周長)等于定向纖維的長度。
[0039]由于，氣囊充氣量不同，介電彈性體薄膜的形變量不同，得到的柱體也長度不同，但在充氣量使介電彈性體薄膜發(fā)生形變的前提下，得到的柱體在垂直長度方向上的外周長不變，均等于等于定向纖維的長度。
[0040]當(dāng)變形體變形為原長度(將變形體展開平鋪時在變形體的長度方向的長度)2?8倍時即認(rèn)為充氣量合適，并以該狀態(tài)作為變形體的工作狀態(tài)。本實施例中為3倍。
[0041]工作狀態(tài)下，柱體的大小可根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)定，本實施例中在正常工作狀態(tài)下，柱體的直徑為30mmo
[0042]柔性電極對數(shù)量根據(jù)實際應(yīng)用情況設(shè)定，每個柔性電極對單獨(dú)施加驅(qū)動電壓，通過控制每個電極對兩端的驅(qū)動電壓的幅值和頻率，能夠得到不同形變模式的變形體，實現(xiàn)不同的驅(qū)動效果。
[0043]方法當(dāng)柔性電極對的數(shù)量大于1時，所有電極對均勻分布，且相鄰電極對最短間距為5?10mm，以保證各個電極對之間的電氣隔離。
[0044]本實施例中設(shè)有4個柔性電極對，相鄰電極對最短間距為5mm。每一個電極對單獨(dú)設(shè)有驅(qū)動電路以獨(dú)立提供驅(qū)動電壓，驅(qū)動電路為每一塊的薄膜內(nèi)、外兩側(cè)電極提供極性相反的驅(qū)動電壓。
[0045]本實施例中的柔性電極材質(zhì)為炭膏，采用滾輪涂刷到介電彈性體薄膜上形成電極(即柔性電極)，厚度為2 μπι。柔性電極通常是利用刷子，滾輪等方法涂在介電彈性體薄膜表面上，要求為厚度均勻，避免出現(xiàn)部分位置電極空缺的情況。
[0046]由于介電彈性體薄膜形成氣囊，因此，在實際應(yīng)用時氣囊內(nèi)部分的柔性電極需要通過導(dǎo)線引至氣囊外部，以便于外接驅(qū)動電路。在導(dǎo)線的出線口處進(jìn)行密封，防止漏氣。
[0047]本實施例中與每個柔性電極對連接的驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電壓均在3?10kV之間連續(xù)可調(diào)。
[0048]由于介電彈性體薄膜需要高壓驅(qū)動，考慮到安全問題，在實際應(yīng)用時，需要在電極外設(shè)置絕緣保護(hù)層，避免漏電。
[0049]本實施例的充氣式變形體存在兩種狀態(tài)，分為工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)。
[0050]初始情況下變形體為充氣，處于非工作狀態(tài)。進(jìn)入工作狀態(tài)前，先通過充氣閥對變形體(氣囊)充如一定量氣體，然后關(guān)閉充氣閥，使之進(jìn)入工作狀態(tài)。將該變形體橫放在水平面上，在位于上方的的柔性電極對兩端施加電壓，電壓導(dǎo)致該變形體上方的薄膜變薄，因此內(nèi)部氣壓會導(dǎo)致該變形體向下彎曲從而拱起，然后撤掉電壓，該拱起消失，變形體恢復(fù)原狀(工作狀態(tài)下的形態(tài))。如此，循環(huán)加載電壓即可使該變形體在水平面上爬行。驅(qū)動電壓的控制，可以通過外設(shè)控制器實現(xiàn)。
[0051]本實施例中的充氣閥可以采用普通的充電閥，也可以采用電磁閥，實現(xiàn)氣壓的自動控制。
[0052]此時該變形體還包括相應(yīng)的氣壓控制器和壓強(qiáng)傳感器，控制在氣囊內(nèi)部設(shè)置壓強(qiáng)傳感器，壓強(qiáng)傳感器采集氣囊內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，然后發(fā)送給控制器，充氣時，氣壓控制器控制電磁打開，然后進(jìn)行充氣，當(dāng)采集到的氣體壓強(qiáng)達(dá)到工作狀態(tài)下的氣體壓強(qiáng)時，控制器控制電磁閥關(guān)閉，停止充氣，變形體進(jìn)行工作狀態(tài)。
[0053]在實際應(yīng)用時，每個電極對連接的驅(qū)動電路可以單獨(dú)設(shè)置控制器，為便于實現(xiàn)，可以將所有驅(qū)動電路的控制器和氣壓控制器集成為一體。
[0054]以上所述的【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本實用新型的最優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，包括設(shè)有充氣閥的氣囊，所述氣囊為介電彈性體薄膜，所述介電彈性體薄膜中嵌設(shè)有用于限制氣囊充氣變形方向的定向纖維，所述介電彈性體薄膜的內(nèi)、外表面設(shè)有至少1個柔性電極對，所述柔性電極對用于外接驅(qū)動電壓，所述驅(qū)動電壓使柔性電極對覆蓋區(qū)域的介電彈性體薄膜發(fā)生形變。2.如權(quán)利要求1所述的基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，每根定向纖維首尾連接，氣囊充氣后所有定向纖維所在平面平行。3.如權(quán)利要求2所述的基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，氣囊充氣后相鄰定向纖維所在平面間的距離相等。4.如權(quán)利要求2所述的基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，氣囊充氣后相鄰定向纖維所在平面間的距離為1?10mm。5.如權(quán)利要求4所述的基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，所述定向纖維的剛度為驅(qū)動薄膜的剛度15倍以上。6.如權(quán)利要求1?5中任意一項所述的基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，所述介電彈性體薄膜的厚度為0.1?1mm。7.如權(quán)利要求6所述的基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，所述定向纖維的直徑為0.1?0.5mm，且小于驅(qū)動層的厚度。8.如權(quán)利要求1?5中任意一項所述的基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，當(dāng)柔性電極對的數(shù)量大于1時，所有電極對均勻分布，且相鄰電極對最短間距為5?10mm。9.如權(quán)利要求8所述的基于介電彈性體的充氣式變形體，其特征在于，所述柔性電極對中柔性電極的厚度為lOOnm?2 μπι。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于介電彈性體的充氣式變形體，包括設(shè)有充氣閥的氣囊，所述氣囊為介電彈性體薄膜，所述介電彈性體薄膜中嵌設(shè)有用于限制氣囊充氣變形方向的定向纖維，所述介電彈性體薄膜的內(nèi)、外表面設(shè)有至少1個柔性電極對，所述柔性電極對用于外接驅(qū)動電壓，所述驅(qū)動電壓使柔性電極對覆蓋區(qū)域的介電彈性體薄膜發(fā)生形變。本實用新型的基于介電彈性體的充氣式變形體結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，成本低廉，在非工作狀態(tài)下，變形體處于放氣狀態(tài)，體積小，貯存方便，隱蔽性好，且未充氣不存在本征應(yīng)力，解決了器件材料的松弛及失效問題，壽命可以大大提高。
【IPC分類】H02N2/00
【公開號】CN205070841
【申請?zhí)枴緾N201520662685
【發(fā)明人】李鐵風(fēng), 李馳, 李國瑞, 謝雨涵, 楊栩旭, 劉俊杰, 黃曉強(qiáng), 梁藝鳴, 陳哲, 冒杰
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年8月28日