具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器

1.本发明属于磁控领域，特别是一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器。


背景技术：

2.磁致软材料，其形状可发生连续、迅速和可逆的变化，具有响应速度快、非接触控制等优点，可以服役于刚性机器人无法实现的场景，如弯曲的管道、人体内等。目前，各国研究者围绕软体磁致驱动器的基本原理、传感器研制、智能材料成型工艺技术、潜在应用等领域开展了许多工作，取得了若干突破性的进展。然而，目前磁致软驱动器的应用还存在亟需解决的问题，如需要较大的外部磁场驱动变形，变形量较小等，这限制了其发展。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，能够响应外部微弱磁场而做出较大的变形。
4.实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，包括：中间软层，能够弯曲变形；
5.连接在中间软层上下两侧的硬层单元，上下两层硬层单元构成一个硬层模块，多个硬层模块之间设有间隙，并沿中间软层长度方向等间隔的布置；
6.嵌入硬层单元内部两侧的磁性模块，用于在磁场作用下使中间软层具有方向选择性的弯曲变形。
7.一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，用于自动电路保护开关，柔性磁致驱动器两端金属电极接入静电计、电阻、直流电源构成的回路，静电计与电阻串联后与感应线圈并联，感应线圈正对柔性磁致驱动器；所述静电计用于监测电路电流大小，当电流过大，感应线圈产生磁场使柔性磁致驱动器弯曲，电极与电路断开。
8.一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，用于柔性磁致抓手，将多个柔性磁致驱动器与感应线圈组装得到磁致抓手，磁极排布方向相同，直流电源给感应线圈供电，通过施加不同方向的电流，使柔性磁致驱动器同时向内或向外弯曲，实现磁致抓手的抓握或张开状态。
9.本发明与现有技术相比，其显著优点是：
10.(1)本发明提供了一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，能够响应外部微弱磁场而做出较大的变形；将其作为电流阈值开关应用到电路保护领域，所述阈值开关具有准确稳定的电流阈值，结构简单且阈值可调节；将其作为夹持器应用到柔性抓手领域，所述柔性抓手具有形状适应性，抓取迅速的特点。
11.(2)通过在上下硬层中嵌入磁性颗粒，并且设计间隙得到关节结构；中间层采用柔性硅胶制成，为主要变形部分，从而使得驱动器在外部弱磁场下即可发生大的变形，驱动器具有阈值变形效果，即外部磁场在低于场强阈值时，驱动器变形较小，当外部磁场超过场强阈值时，驱动器迅速做出大变形弯曲响应；并且通过调整线圈与开关之间的距离，可调整电
流阈值大小。
12.(3)将四只磁致驱动器与感应线圈组装得到磁致抓手，直流电源供电，施加反向电流时抓手呈张开状态，施加正向电流时抓手呈抓握状态，磁致抓手具有形状适应性，抓取迅速的特点。
附图说明
13.图1为本发明磁致驱动器主视图
14.图2为本发明磁致驱动器弯曲状态主视图
15.图3为本发明磁致驱动器外观图
16.图4为本发明自动电路保护开关示意图
17.图5为本发明柔性磁致抓手示意图
18.图中：1、中间软层；2、硬层单元；3、磁性颗粒；4、液体金属通路；5、金属电极；6、柔性磁致驱动器；7、感应线圈；8、6517a静电计；9、电阻；10、直流电源；11、柔性磁致驱动器
具体实施方式
19.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
20.实施例1
21.结合图1、图2、图3，本实施例提供一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，包括中间软层1、硬层单元2、磁性颗粒3、液体金属通路4、金属电极5，所述中间软层1上下均连接有硬层单元2，上下两层硬层单元2构成一个硬层模块，多个硬层模块之间设计有间隙，沿中间软层1长度方向等间隔的布置，每层硬层单元2两侧内部均嵌入有磁性颗粒3，磁性颗粒3关于中间软层1对称布置；所述中间软层1内部设置有液体金属通路4，液体金属通路4两端安装有金属电极5。
22.本实施例中，中间软层1采用弹性模量较低的硅胶，刮膜器刮涂固化而成，厚度尺寸0.2-2mm，固化时布置细铜丝，固化后抽出铜丝，注射器注入液体金属，两端安装电极5以便于电路连接，防止液体金属泄露。硬层单元2采用弹性模量较大的硅胶，模具固化而成，分两步固化，第一步固化后安置磁性颗粒3，涂覆硅胶浆料后再次固化，可将磁性颗粒3嵌入内部，单层硬层单元2的厚度为1.5-5mm，硬层模块2之间间隙宽度为0.5-5mm。磁性颗粒3的布置数量为硬层单元2数量的两倍，本实施例中数量为20，分上下两排并排分布，且磁颗粒磁化强度为100-150mt，磁化方向均为水平向右。当柔性磁致驱动器受外部磁场吸引弯曲时，弯曲内测磁性颗粒间距减小，弯曲外侧磁性颗粒间距增加，两侧磁性颗粒产生磁力差，当两侧磁力差大于中间软层的弹性反力后，柔性磁致驱动器会迅速弯曲至最大状态。
23.实施例2
24.结合图3所示，在实施例的基础上，本实施例提供一种自动电路保护开关，柔性磁致驱动器6作为电流阈值开关连入模拟电路，在所述电流阈值开关旁边设置感应线圈7，设置6517a静电计8和电阻9与之串联，并与所述感应线圈7并联，采用直流电源10为模拟电路供电。
25.本实例中柔性磁致驱动器6两端金属电极5连接入电路，控制电路整体通断，将感应线圈7安置在电流阈值开关附近，6517a静电计8采集电流信号传输到cpu，电流采集上限
为200ma，与电阻9串联后与感应线圈7并联，可实时监测电路电流大小，使用直流电源10供电，当电流正常时，开关保持接通状态，当电流变大，达到设定阈值时，开关受到感应线圈产生的磁场吸引，迅速变形至弯曲状态，从而断开连接保护电路，后续将开关复位即可保持电路接通，使用者可根据不同电路需求，调整感应线圈7与磁致驱动器6之间的距离，调节电流阈值大小。
26.实施例3
27.结合图4，在实施例1的基础上，本实施例提供一种柔性磁致抓手，将四只不含液体金属通路4的柔性磁致驱动器11与感应线圈7组装得到磁致抓手，直流电源给感应线圈7供电。本实例中四只磁致驱动器11组装到感应线圈7四周，磁极排布方向相同，使用者控制直流电源电流方向，施加反向电流时感应线圈产生磁场，磁致驱动器受到斥力向外弯曲呈张开状态，施加正向电流时感应线圈产生磁场，磁致驱动器内测受吸引力较大，向内弯曲呈抓握状态，磁致抓手具有形状适应性，抓取迅速的特点。


技术特征：
1.一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，其特征在于，包括：中间软层，能够弯曲变形；连接在中间软层上下两侧的硬层单元，上下两层硬层单元构成一个硬层模块，多个硬层模块之间设有间隙，并沿中间软层长度方向等间隔的布置；嵌入硬层单元内部两侧的磁性模块，用于在磁场作用下产生磁力差使中间软层具有方向选择性的弯曲变形。2.根据权利要求1所述的具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，其特征在于，所述中间软层内部设置有液体金属导电通路，液体金属导电通路两端安装有电极。3.根据权利要求2所述的具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，其特征在于，用于自动电路保护开关，柔性磁致驱动器两端金属电极接入静电计、电阻、直流电源构成的回路，静电计与电阻串联后与感应线圈并联，感应线圈正对柔性磁致驱动器；所述静电计用于监测电路电流大小，当电流过大，感应线圈产生磁场使柔性磁致驱动器弯曲，电极与电路断开。4.根据权利要求1所述的具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，其特征在于，用于柔性磁致抓手，将多个柔性磁致驱动器与感应线圈组装得到磁致抓手，磁极排布方向相同，直流电源给感应线圈供电，通过施加不同方向的电流，使柔性磁致驱动器同时向内或向外弯曲，实现磁致抓手的抓握或张开状态。5.根据权利要求1所述的具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，其特征在于，单层硬层单元2的厚度为1.5-5mm，硬层模块2之间间隙宽度为0.5-5mm。6.根据权利要求1所述的具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，其特征在于，颗粒磁化强度为100-150mt。7.根据权利要求1所述的具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，其特征在于，中间软层和硬层单元均采用硅胶，其中硬层单元的弹性模量大于中间软层的弹性模量。

技术总结
本发明公开了一种具有多稳态非线性的柔性磁致驱动器，涉及磁控领域，包括中间软层，内部设计液体金属导电通路，两端安装电极，上下硬层，硬层设计间隙，并且嵌入磁性颗粒。本发明提供了一种柔性磁致驱动器，解决了目前磁驱动器所需较大外部磁场，变形量小的问题，在电路保护开关方面具有准确稳定的电流阈值，结构简单，在柔性磁致抓手方面具有形状适应性，抓取迅速的特点。迅速的特点。迅速的特点。


技术研发人员：张文玲 祝之森 戴可人
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.03.01
技术公布日：2022/5/30