【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及仿生人工肌肉，尤其是涉及一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的制备工艺及控制方法。
技术介绍
1、凝胶类仿生人工肌肉是指利用凝胶材料制造的人工肌肉，这些材料具有类似于自然肌肉的柔软性和可塑性，可以通过利用电刺激或化学刺激来控制凝胶材料的运动，这些材料的特性使其可以在外部刺激下产生变形，类似于生物肌肉的收缩和伸展，从而模拟自然肌肉的运动。凝胶类仿生人工人肌肉以独特的材料结构和功能特性，为人类创造出了更加精密、灵活和智能的人工肌肉系统，在医疗、柔性机器人、仿生学等领域展现出巨大的应用潜力。
2、然而，传统的凝胶类仿生人工肌肉存在输出力弱、形变量小和响应速度慢等缺点，这些问题限制凝胶类仿生人工肌肉在智能驱动材料领域的发展。因此，研发一种自由度高、输出力大和结构稳定的仿生人工肌肉的制备方法和简单的电驱动控制流程，对仿生人工肌肉在相关领域应用具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的制备工艺及控制方法，其生产工艺简单、结构稳定、可变形量大、输出力强、自由度高，并且电驱动控制方法简单易于操作。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的制备工艺，具体步骤如下：
3、s1：将可降解聚乳酸作为原材料，使用so l i dworks三维软件对器件的致动层进行建模，结合3d打印技术制备致动层模具和外壳模具。在其外壳模具对应的第二部分4个不同区域处利用激光雕刻技术进行打孔，孔径的大小以胶头
4、s2：制备仿生人工肌肉电极膜溶液：用电子分析天平称取1g海藻酸钠，并放入装有80ml的蒸馏水的烧杯中，再将海藻酸钠溶液和20ml多壁碳纳米管水分散液置于磁力搅拌器中，设置温度为50℃，以500r/min的转速均匀搅拌，同时在搅拌过程中加入2ml甘油。待共混溶液呈现凝胶状且无明显固体颗粒和絮状物后取出，将混合溶液放入超声波处理器中进行超声波处理15min，得到电极膜溶液。
5、s3：制备仿生人工肌肉致动膜溶液：首先在烧杯中加入80ml蒸馏水，再使用电子分析天平称取1g海藻酸钠溶于盛有蒸馏水的烧杯中，将2.0g聚丙烯酸加入其中，再将共混溶液置于磁力搅拌器中，设置温度为50℃，以500r/min的转速均匀搅拌，搅拌30min后再加入1.0g氯化钙，之后在搅拌过程中加入2ml甘油。待搅拌均匀后，将混合溶液放入超声波处理器中进行超声波处理15min，得到致动膜溶液。
6、s4：构筑仿生人工肌肉器件：将致动层模具与外壳模具嵌合，向致动层模具两端的外围缝隙处填充s2制得的电极膜溶液，并用胶头滴管从外壳模具的孔径处向内部空隙添加电极膜溶液，将其放入真空干燥箱干燥。充分干燥后取出使用柠檬酸对器件内部致动层模具进行溶解，待完全溶解后向其内部添加s3制得的致动膜溶液，再放入真空干燥箱内干燥，干燥温度为50℃，时间为48h。
7、制备流程s1-s4中，使用的试剂材料及工具：聚丙烯酸(分析纯)、氯化钙(分析纯)、海藻酸钠(分析纯)、聚乳酸、多壁碳纳米管水溶液(分析纯)、甘油(分析纯)、3d打印机、超声波处理器、胶头滴管(3ml)、烧杯(100ml)、、保鲜膜、小刀、镊子、定性滤纸、一次性乳胶手套。
8、一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的电驱动控制方法，将仿生人工肌肉器件分为三部分，分别记为①、②、③，在①和③的电极层区域按顺时针方向分为1-6区域，②的电极层区域同样按照顺时针方向分为1-4区域，电极层区域接通电源正极或负极，仿生人工肌肉器件可以分为局偏转和整体偏转，整体偏转为①②③同时通电；局部偏转分为6中情况：①、②、③、①②、①③、②③。具体运动过程如下：
9、沿x轴方向移动：
10、当仿生人工肌肉整体向x轴正方向移动时：①和③在1、2、3区域连接电源正极，4、5、6区域连接电源负极，②在2区域连接电源正极，4区域连接电源负极；当向x轴负方向移动时，①和③在4、5、6区域连接电源正极，1、2、3区域连接电源负极，②在4区域连接电源正极，2区域连接电源负极。
11、当仿生人工肌肉局部向x轴正方向移动时：①发生偏转时在1、2、3区域连接电源正极，4、5、6区域连接电源负极；②发生偏转时在2区域连接电源正极，4区域连接电源负极；③生偏转时在1、2、3区域连接电源正极，4、5、6区域连接电源负极；①②发生偏转时在①的1、2、3区域连接电源正极，4、5、6区域连接电源负极，并在②的2区域连接电源正极，4区域连接电源负极；①③发生偏转时在①的1、2、3区域连接电源正极，4、5、6区域连接电源负极，并在③的1、2、3区域连接电源正极，4、5、6区域连接电源负极；②③发生偏转时在②的2区域连接电源正极，4区域连接电源负极，并在③的1、2、3区域连接电源正极，4、5、6区域连接电源负极。当向x轴负方向移动时：①发生偏转时在4、5、6区域连接电源正极，1、2、3区域连接电源负极；②发生偏转时在4区域连接电源正极，2区域连接电源负极；③生偏转时在4、5、6区域连接电源正极，1、2、3区域连接电源负极；①②发生偏转时在①的4、5、6区域连接电源正极，1、2、3区域连接电源负极，并在②的4区域连接电源正极，2区域连接电源负极；①③发生偏转时在①的4、5、6区域连接电源正极，1、2、3区域连接电源负极，并在③的4、5、6区域连接电源正极，1、2、3区域连接电源负极；②③发生偏转时在②的4区域连接电源正极，2区域连接电源负极，并在③的4、5、6区域连接电源正极，1、2、3区域连接电源负极。
12、沿z轴方向移动：
13、当仿生人工肌肉整体向z轴正方向移动时：①和③在1、6区域连接电源正极，3、4区域连接电源负极，②在1区域连接电源正极，3区域连接电源负极；当向x轴负方向移动时，①和③在3、4区域连接电源正极，1、6区域连接电源负极，②在3区域连接电源正极，1区域连接电源负极；
14、当仿生人工肌肉局部向z轴正方向移动时：①发生偏转时在1、6区域连接电源正极，3、4区域连接电源负极；②发生偏转时在1区域连接电源正极3区域连接电源负极；③发生偏转时在1、6区域连接电源正极，3、4区域连接电源负极；①②发生偏转时在①的1、6区域连接电源正极，3、4区域连接电源负极，并在②的1区域连接电源正极3区域连接电源负极；①③发生偏转时在①的1、6区域连接电源正极，3、4区域连接电源负极，并在③的1、6区域连接电源正极，3、4区域连接电源负极；②③发生偏转时在②的1区域连接电源正极3区域连接电源负极，并在③的1、6区域连接电源正极，3、4区域连接电源负极；当向z轴负方向移动时：①发生偏转时在3、4区域连接电源正极，1、6区域连接电源负极；②发生偏转时在3区域连接电源正极1区域连接电源负极；③发生偏转时在3、4区域连接电源正极，1、6区域连接电源负极；①②发生偏转时在①的3、4区域连接电源正极，1、6区域连接电源负本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的制备工艺，其特征在于：具体步骤如下：
2.一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的控制方法，其特征在于，对利用权利要求1所述的一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的制备工艺制备得到的高自由度凝胶类仿生人工肌肉器件的控制，控制方法如下：将仿生人工肌肉器件分为三部分，分别记为①、②、③，在①和③的电极层区域按顺时针方向分为1-6区域，②的电极层区域同样按照顺时针方向分为1-4区域，电极层区域接通电源正极或负极，仿生人工肌肉器件可以分为局偏转和整体偏转，整体偏转为①②③同时通电；局部偏转分为6中情况：①、②、③、①②、①③、②③；仿生人工肌肉器件可以分别根据上述情况沿x、z、y轴方向移动。
3.根据权利要求2所述的一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的控制方法，其特征在于：仿生人工肌肉器件沿x轴方向移动的具体控制过程如下：
4.根据权利要求2所述的一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的控制方法，其特征在于：仿生人工肌肉器件沿z轴方向移动的具体控制过程如下：
5.根据权利要求2所述的一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的控制方法，其特征
6.根据权利要求2所述的一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的控制方法，其特征在于：可编程仿生人工肌肉器件模拟手指运动可分为三种类型，单自由度、二自由度及三自由度，具体电驱动方式如下：
7.根据权利要求6所述的一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的控制方法，其特征在于：仿生人工肌肉器件模仿手指从伸直到弯曲整个运动状态的电驱动控制方法：
...【技术特征摘要】
1.一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的制备工艺，其特征在于：具体步骤如下：
2.一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的控制方法，其特征在于，对利用权利要求1所述的一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的制备工艺制备得到的高自由度凝胶类仿生人工肌肉器件的控制，控制方法如下：将仿生人工肌肉器件分为三部分，分别记为①、②、③，在①和③的电极层区域按顺时针方向分为1-6区域，②的电极层区域同样按照顺时针方向分为1-4区域，电极层区域接通电源正极或负极，仿生人工肌肉器件可以分为局偏转和整体偏转，整体偏转为①②③同时通电；局部偏转分为6中情况：①、②、③、①②、①③、②③；仿生人工肌肉器件可以分别根据上述情况沿x、z、y轴方向移动。
3.根据权利要求2所述的一种高自由度凝胶类仿生人工肌肉的控制方...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊杰，王申功，姚金彤，沙桐，文元，姜震，方铭践，孙吉鸿，王龙飞，李威龙，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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