61、基于介电弹性体驱动器和折纸结构的灵巧机械手机器人设计与建模

基于介电弹性体驱动器和折纸结构的灵巧机械手机器人设计与建模

1. 研究背景

灵巧手的研究在机器人领域已成为热门方向，其驱动方式主要有电机驱动、气动、液压和智能材料驱动等。特别是随着新功能材料的出现，柔性机械设备在操作机器人、手术机器人和仿生机器人的末端执行器中得到广泛应用，以实现驱动和传感功能。常用的驱动灵巧手的智能材料包括热活性材料和电活性聚合物（EAPs）等，其中介电弹性体（DE）作为 EAPs 的一种，与其他功能材料相比，具有响应迅速、质量小、变形大、能量密度高等优点，在灵巧手驱动方面展现出巨大潜力。不过，智能材料驱动的灵巧手存在刚度差、驱动力低的问题，限制了其实际应用。

另一方面，“折纸工程”将古老艺术与现代材料相结合，在机器人领域找到新的解决方案，具有减少空间需求、降低材料消耗和提高能源效率等优点。将具有自折叠特性的折纸结构相结合，实现“折纸工程”的自动化，更具研究价值。在这种情况下，智能材料的高能量密度、快速响应和可逆性对“折纸工程”的实际应用至关重要。

2. 灵巧手的设计

本研究首先基于介电弹性体驱动器（DEA）和折纸结构设计了一种灵巧机械手机器人，其指节直接由 DEA 驱动。
- DEA 的结构与原理 ：弯曲的 DEA 由活性层和被动层组成。活性层可以是多层堆叠的 DE 薄膜，每层薄膜夹在电极之间，被动层也是一种软材料，也称为基底，用于抑制活性层在施加电场后试图伸展的运动。活性层和基底之间的界面会出现应变不平衡，导致弯曲变形。
- 指节的设计 ：为了增加驱动指节的压缩位移和弯曲角度，指节的设计如下：将六个 DEA 粘贴到两块板的指定位置，两块板两