[发明专利]一种使介电高弹性球体产生可控浮力的方法

摘要

本发明公开了一种使介电高弹性球体产生可控浮力的方法，设计了一种内部充满氦气的球体结构，通过增大其初始体积、电极密度和预加载等参数达到该软驱动器的大变形；结合Gent计算模型给出体积与压力的关系式，根据理想气体状态方程，得出了临界击穿电压与预拉伸率间的关系；分析了直流电大小、交流电幅值、频率等参数对机器人运动方向的影响。使用内部乳胶球破裂的方法，使介电弹性膜球体产生较大的体积扩张，进而球体系统产生上升的浮力和加速度。改变设计结构，机器人能够实现无线控制条件下的转动和平移等运动。另外，给介电高弹性球体驱动器连通大的无弹力腔体，使其实现可控的飞行运动，还可以搭载无线控制系统和载荷飞行。

主权项

1.一种使介电高弹性球体产生可控浮力的方法，使用介电高弹体驱动器技术和理想气体方程算法对球体进行大变形与浮力分析，其特征在于：包括以下步骤，步骤1：当气球的初始体积足够大，气球在高压作用下的体积变化大于内部压强变化值；压强和电压随着时间t的变化，气球的动态行为较复杂，为了说明的这种复杂性，我们规定一个静态压力p，直流电压Фdc和交流电压Фac：其中ω：激励频率；ω＝2πf；Ф＝0时，电路为纯电阻电路；步骤2：时间独立的拉伸近似于：λ(T)＝λeq+a(T)×cos(ωT)+b(T)×sin(ωT)λeq：平衡的状态下的拉伸，a和b：时间依赖的振幅；DE驱动器的表面静电力，Maxwell应力为：ε0和εr：真空和相对的介电常数；h：膜的实时厚度；步骤3：在忽略了粘弹性力作用下，结合热力学方程，对于系统任意的变化，膜自由能的变化与由电压、压力和惯性力所做的功有关，即R、H和W：分别为参考状态的半径、材料厚度和自由能；Q：所施加的电荷；r和p：变形后的半径和压力；ρ:材料密度；步骤4：根据热力学方程，密闭空间里存在P1V1＝P2V2＝P3V3＝nRT即：因为存在r₃＝λ₂λ₁R；所以可得