【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及柔性驅動和仿生制造領域，尤其是涉及一種主被動結合散熱的人工肌肉。
技術介紹
1、近年來，隨著新型智能材料的研究與仿生技術的發展，軟體機器人已經成為機器人研究的熱點。軟體機器人作為機器人技術的新興領域，其核心在于利用質地柔軟、性能穩定的材料來設計和制造機器人。軟體驅動器作為軟體機器人的核心部件，扮演著類似人體肌肉的角色，因此又被稱為人工肌肉。它主要用于實現軟體機器人的各種動作，如彎曲、扭轉、收縮變形等，從而驅動整個機器人產生運動。形狀記憶合金具有超彈性和形狀記憶效應，且因其能量密度高、載重自重比大、循環穩定性好以及驅動結構一體化等因素，被認為是制造人工肌肉的理想材料。然而，形狀記憶合金人工肌肉通常表現出有限的帶寬和響應速度，這是因為材料的兩種相變(馬氏體和奧氏體之間的轉變)都會延遲加熱和冷卻速率，尤其是加熱后完全冷卻所需時間較長。因此，形狀記憶合金的冷卻速度直接制約了人工肌肉的響應速度。
2、經過檢索，申請公布號cn115681048a公開了一種形狀記憶合金驅動器，該驅動器采用噴射冷卻噴霧的方式對形狀記憶合金彈簧進行降溫冷卻，提升了驅動器的響應速度。然而，這種冷卻形式需要外置儲液罐、電磁閥結構以及噴霧結構，一定程度上增加了系統的復雜性，不利于驅動器的小型化。
3、授權公告號cn214160774u公開了一種管道清灰機器人，該機器人利用形狀記憶合金驅動器具有對環境刺激直接反應的特性，代替傳統的電動，降低了機器人的機械復雜度，進一步減小了機器人的尺寸。然而，由于未考慮形狀記憶合金的散熱問題，該機器
4、申請公布號cn113459077a公開了一種形狀記憶合金軟體驅動器，采用高導熱柔性基底和散熱涂層的方式加速形狀記憶合金的冷卻。然而，這種高導熱柔性基底的導熱效果有限，難以大幅提升驅動器的響應速度。
5、申請公布號cn115366085a公開了一種快速響應的多模態形狀記憶合金軟體驅動器，包括凝膠包裹層、驅動模塊、柔性包裹層，其中驅動模塊封裝在凝膠包裹層內部，柔性包裹層粘附于凝膠包裹層底端。但該現有技術主要通過水凝膠進行被動散熱，散熱性能有限。
6、綜上所述，如何設計一種散熱性能強且結構簡潔的人工肌肉為需要解決的技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服上述現有技術存在的結構復雜或散熱性能較差的缺陷，提供一種主被動結合散熱的人工肌肉。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、根據本專利技術的一個方面，提供了一種主被動結合散熱的人工肌肉，從外到內依次包括硅膠基底層、水凝膠基底層和驅動傳感組件，所述驅動傳感組件包括支撐板以及安裝在支撐板上的柔性熱電層和形狀記憶合金絲，所述柔性熱電層位于形狀記憶合金絲一側，通電時一面吸熱另一面放熱，其中通電方向不同則吸熱面和放熱面不同。
4、作為優選的技術方案，所述的柔性熱電層包括np型熱電顆粒，所述np型熱電顆粒包括多個p型熱電顆粒和多個n型熱電顆粒，所述p型熱電顆粒和n型熱電顆粒交替排布，排布后所有np型熱電顆粒串聯。
5、作為優選的技術方案，所述的柔性熱電層還包括鎳布、銅絲和液態金屬，所述np型熱電顆粒一面通過鎳布連接，另一面通過液態金屬和銅絲連接。
6、作為優選的技術方案，所述的液態金屬涂覆在np型熱電顆粒一面，所述銅絲通過液態金屬與np型熱電顆粒固連。
7、作為優選的技術方案，所述的np型熱電顆粒為碲化鉍顆粒。
8、作為優選的技術方案，所述的np型熱電顆粒串聯后通過水凝膠外層灌封。
9、作為優選的技術方案，所述的水凝膠基底層和水凝膠外層由瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠制成。
10、作為優選的技術方案，該人工肌肉還包括控制器，所述驅動傳感組件還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器位于形狀記憶合金絲中部，采集形狀記憶合金絲的溫度并反饋至控制器，所述控制器調節柔性熱電層的通電方向和幅值。
11、作為優選的技術方案，所述的支撐板包括中間板和固定板，所述固定板為兩塊，分別固定在中間板兩端，所述固定板上設有定位孔，所述形狀記憶合金絲的兩端穿過定位孔固定在固定板上且處于繃直狀態。
12、作為優選的技術方案，所述的中間板為聚氯乙烯材質，所述固定板為鐵片。
13、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
14、1)本專利技術采用水凝膠基底層和柔性熱電層實現了主被動結合散熱，水凝膠基底層在受熱時通過水分蒸發帶走大量熱量，實現對形狀記憶合金絲的被動散熱，柔性熱電層通電后一面吸熱另一面放熱，可實現對形狀記憶合金絲溫度的主動調節；硅膠基底層包裹水凝膠基底層，既可以起到支撐和保護的作用，還可以延長水凝膠基底層的壽命，保持其吸水性能；
15、2)本專利技術通過溫度傳感器和控制器，獲取形狀記憶合金絲在驅動過程中的溫度，實時調節柔性熱電層的通電情況，能優化柔性熱電層能源利用率，并進一步提高人工肌肉的響應速度；
16、3)本專利技術柔性熱電層具有結構簡單、體積小、彎曲性能良好、溫度響應快等特點，是一種小型、高效的主動降溫結構；相較于傳統的水冷、風冷等主動冷卻形式，機械復雜度小，能夠顯著提高人工肌肉的響應速度；
17、4)本專利技術采用瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠制成水凝膠基底層和水凝膠外層，該水凝膠質地柔軟、力學性能良好，具有高吸水和保水性；在受熱時，通過水分蒸發帶走大量熱量，相比于高導熱柔性基底，具有更大的散熱能力，能夠大幅提高人工肌肉的響應速度；
18、5)本專利技術結構簡單且制造成本低，易于加工。
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1.一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，從外到內依次包括硅膠基底層(1)、水凝膠基底層(3)和驅動傳感組件(2)，所述驅動傳感組件(2)包括支撐板(21)以及安裝在支撐板(21)上的柔性熱電層(22)和形狀記憶合金絲(23)，所述柔性熱電層(22)位于形狀記憶合金絲(23)一側，通電時一面吸熱另一面放熱，其中通電方向不同則吸熱面和放熱面不同。
2.根據權利要求1所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的柔性熱電層(22)包括NP型熱電顆粒(221)，所述NP型熱電顆粒(221)包括多個P型熱電顆粒(2211)和多個N型熱電顆粒(2212)，所述P型熱電顆粒(2211)和N型熱電顆粒(2212)交替排布，排布后所有NP型熱電顆粒(221)串聯。
3.根據權利要求2所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的柔性熱電層(22)還包括鎳布(222)、銅絲(223)和液態金屬(224)，所述NP型熱電顆粒(221)一面通過鎳布(222)連接，另一面通過液態金屬(224)和銅絲(223)連接。
4.根據權利要求3所述的一種主被
5.根據權利要求2所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的NP型熱電顆粒(221)為碲化鉍顆粒。
6.根據權利要求2所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的NP型熱電顆粒(221)串聯后通過水凝膠外層(225)灌封。
7.根據權利要求6所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的水凝膠基底層(3)和水凝膠外層(225)由瓊脂/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠制成。
8.根據權利要求1所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，該人工肌肉還包括控制器(4)，所述驅動傳感組件(2)還包括溫度傳感器(24)，所述溫度傳感器(24)位于形狀記憶合金絲(23)中部，采集形狀記憶合金絲(23)的溫度并反饋至控制器(4)，所述控制器(4)調節柔性熱電層(22)的通電方向和幅值。
9.根據權利要求1所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的支撐板(21)包括中間板(211)和固定板(212)，所述固定板(212)為兩塊，分別固定在中間板(211)兩端，所述固定板(212)上設有定位孔(2121)，所述形狀記憶合金絲(23)的兩端穿過定位孔(2121)固定在固定板(212)上且處于繃直狀態。
10.根據權利要求9所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的中間板(211)為聚氯乙烯材質，所述固定板(212)為鐵片。
...【技術特征摘要】
1.一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，從外到內依次包括硅膠基底層(1)、水凝膠基底層(3)和驅動傳感組件(2)，所述驅動傳感組件(2)包括支撐板(21)以及安裝在支撐板(21)上的柔性熱電層(22)和形狀記憶合金絲(23)，所述柔性熱電層(22)位于形狀記憶合金絲(23)一側，通電時一面吸熱另一面放熱，其中通電方向不同則吸熱面和放熱面不同。
2.根據權利要求1所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的柔性熱電層(22)包括np型熱電顆粒(221)，所述np型熱電顆粒(221)包括多個p型熱電顆粒(2211)和多個n型熱電顆粒(2212)，所述p型熱電顆粒(2211)和n型熱電顆粒(2212)交替排布，排布后所有np型熱電顆粒(221)串聯。
3.根據權利要求2所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的柔性熱電層(22)還包括鎳布(222)、銅絲(223)和液態金屬(224)，所述np型熱電顆粒(221)一面通過鎳布(222)連接，另一面通過液態金屬(224)和銅絲(223)連接。
4.根據權利要求3所述的一種主被動結合散熱的人工肌肉，其特征在于，所述的液態金屬(224)涂覆在np型熱電顆粒(221)一面，所述銅絲(223)通過液態金屬(224)與np型熱電顆粒(221)固連。
5.根據權利要求2所述的一種...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張泉，陳豪，易思成，曾亮，徐良，李龍，岳濤，鐘宋義，彭艷，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：
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