[发明专利]一种基于智能柔性弯曲变形驱动材料的并联驱动结构

说明书

本发明公开了一种基于智能柔性弯曲变形驱动材料的并联驱动结构，包括基本并联单元，基本并联单元由多个亚单元平行排列组合而成，一个或多个基本并联单元沿长度，宽度和高度方向分布，采用叠加方式构成并联驱动结构。本发明采用并联驱动结构来组合智能柔性弯曲变形驱动材料，这样有效改善材料的传力状态，提升整体并联驱动结构的弯曲变形幅度和输出力，从而扩大其实际应用范围。

技术领域

本发明属于柔性机械技术领域，具体涉及一种基于智能柔性弯曲变形驱动材料的并联驱动结构。

背景技术

随着人们对生活质量和生产需求的提高，机械也逐步从传统以刚性结构为主向柔性结构逐步发展，目前已成为行业的研究和发展热点之一。随着智能材料与智能结构学科的发展，基于柔性智能材料驱动的柔性机械已经成为领域内的一大发展趋势。因此，柔性智能材料越来越多的用于柔性机械的各种结构之中。其主要包括：电致变形材料、形状记忆材料、光驱动材料、湿度驱动材料、磁致变形材料等等。其中，智能柔性弯曲变形驱动材料由于其特有的直接弯曲变形形式与一些生物的运动形式相似，可为各种柔性机械提供初始动力或变形形式，如折纸机构的弯折驱动、鱼尾鱼鳍的往复摆动、鸟类和昆虫的扑翅振动等。

智能柔性弯曲变形驱动材料通常是一种条状或薄片状柔性材料，其在不同的外部激励下会产生弯曲变形。例如：电活性聚合物在外加电压的作用下，材料的离子发生迁移导致材料产生较大的弯曲变形。而光驱动材料、湿度驱动材料和磁致弯曲材料等则在相应光强、湿度分布和磁场分布等条件作用下，材料内部相应产生变性、内应力变化或结构重构等作用，最终产生宏观的弯曲变形。

目前，单片智能柔性弯曲变形驱动材料的驱动力太小，这极大的限制了其在柔性机械领域直接作为驱动源的应用。现在主要有两类利用多片智能柔性弯曲变形驱动材料并联驱动的方式来提高驱动力：一类是直接用薄膜或胶水等隔膜材料直接连接多片智能柔性弯曲变形驱动材料进行叠层驱动，这种驱动方式无法消除每层材料之间的切向运动约束，因此整体驱动效率低下；另一类是通过结构设计或材料形状设计的方式叠加多片智能柔性弯曲变形驱动材料进行驱动，这种驱动方式大多未考虑不同驱动单元之间的变形协调关系导致并联效率不足，或占用较大空间，导致结构体积过大。因此，推动智能柔性弯曲变形驱动材料在柔性机械领域直接应用，关键在于高效的提升智能柔性弯曲变形驱动材料的整体驱动性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于智能柔性弯曲变形驱动材料的并联驱动结构，通过并联结构设计的方式，有效解决弯曲并联结构中的变形协调问题，消除驱动材料之间的切向变形约束，提高并联驱动结构的整体效率，从而大幅提高并联驱动结构的驱动力和变形幅度。

本发明采用以下技术方案：

一种基于智能柔性弯曲变形驱动材料的并联驱动结构，包括基本并联单元，基本并联单元由多个亚单元平行排列组合而成，一个或多个基本并联单元沿长度，宽度和高度方向分布，采用叠加方式构成并联驱动结构。

具体的，亚单元包括第一亚单元、第二亚单元和第三亚单元，第三亚单元位于基本并联单元中间层，两端分别连接连接件，第一亚单元和第二亚单元设置在第三亚单元的上下两侧。

进一步的，第一亚单元和第二亚单元包括两个短弯曲变形驱动单元，两个短弯曲变形驱动单元之间设置有间隙，并通过传力连接件连接，第三亚单元包括一个长弯曲变形驱动单元。

更进一步的，长弯曲变形驱动单元和短弯曲变形驱动单元采用智能柔性弯曲变形驱动材料制成。

更进一步的，传力连接件为滑动副结构、滚动连接结构或能够消除切向力并传递法向力的运动约束结构。

更进一步的，滑动副结构与短弯曲变形驱动单元之间采用粘接、过盈配合或磁力连接方式连接。

进一步的，间隙的大小大于变形驱动单元的切向伸缩变形的大小。

进一步的，第一亚单元、第二亚单元和第三亚单元的长度相等。