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Research 高瞬态功率密度的微型双稳态软体致动器
发布者: 李博 | 2023-06-16 | 7949

微小型机器人能够进入空间受限的环境中执行任务,有着广阔的应用前景。目前,大多数微小型机器人采用了有缆化的供能方式,或为了去掉缆线的牵绊而采用外部物理场(如强磁场)的驱动方式。麻雀虽小,五脏俱全;要在切断缆线、摒弃外场的条件下实现微小型机器人的自主运动,就必须把能源、致动器、电路和机器人机构/结构等全部集成在微小的身体中,而研发一种强有力且对能源供给要求低的微型致动器是其中的关键。

 

为此,西安交通大学陈贵敏教授团队提出了一种高瞬态功率密度的双稳态软体驱动器,借助双稳态特性完成应变能的慢速存储和快速释放,实现了电活性软材料功率密度280倍的提升,为微小型机器人的“无缆化、全集成”设计提供了新的途径。

 

本文选用的电活性软材料是IPMC(离子聚合物金属复合材料),IPMC的驱动电压只需要3~5V,非常有利于电池的小型化。虽然IPMC可以提供较大的形变,但功率密度低,靠其自身无法克服爬行中来自地面的摩擦、游动中流体的阻力。为此,本研究为IPMC设计了一种与其形变方向匹配的新型双稳态机构——弯扭对抗式双稳态机构,借助双稳态特性实现了应变能的慢速存储和快速释放,从而获得了IPMC平均功率密度280倍的瞬时功率密度输出,为微小型机器人提供强有力的动力来源。

 

论文以“A torsion-bending antagonistic bistable actuator enables untethered crawling and swimming of miniature robots”为题发表在综合性期刊Research,博士生胡楠为第一作者,陈贵敏教授为通讯作者。该工作得到了科技部重点研发项目和国家自然科学基金联合基金重点项目等的资助。

 

原文链接:

https://doi.org/10.34133/research.0116

相关延伸链接:

https://doi.org/10.1115/1.4039852