A variable stiffness dielectric elastomer actuator based on electrostatic chucking

单层压电片 刚度 执行机构 材料科学 弹性体 弯曲 变形(气象学) 结构工程 抗弯刚度 人工肌肉 复合材料 机械工程 计算机科学 工程类 压电 人工智能
作者
Hiroya Imamura,Kevin Kadooka,Minoru Taya
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (18): 3440-3448 被引量:88
标识
DOI:10.1039/c7sm00546f
摘要

Dielectric elastomer actuators (DEA) are one type of promising artificial muscle; however, applications of bending-type DEA for robotic end-effectors may be limited by their low stiffness and ability to resist external loads without buckling. Unimorph DEA can produce large out-of-plane deformation suitable for use as robotic end effectors; however, design of such actuators for large displacement comes at the cost of low stiffness and blocking force. This work proposes and demonstrates a variable stiffness dielectric elastomer actuator (VSDEA) consisting of a plurality of unimorph DEA units operating in parallel, which can exhibit variable electrostatic chucking to modulate the structure's bending stiffness. The unimorph DEA units are additively manufactured using a high-resolution pneumatic dispenser, and VSDEA comprising various numbers of units are assembled. The performance of the DEA units and VSDEA are compared to model predictions, exhibiting a maximum stiffness change of 39.2×. A claw actuator comprising two VSDEA and weighing 0.6 grams is demonstrated grasping and lifting a 10 gram object.
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