为揭示气动网格气囊结构对驱动器弯曲性能的影响,以单气囊和双气囊模型为对象,开展了非线性有限元分析研究。研究发现矩形气囊较纵向圆柱、三角形和横向圆柱气囊具有更好的弯曲性能。在矩形气囊中,减小壁厚、增大气囊高度可以提升弯曲效果,增加气囊长度虽也可提升弯曲角度,但会降低单位长度的弯角。通过双气囊模型分析,发现气囊的变形存在耦合关系,导致每个气囊实际的弯曲效果均小于单独作用时,同时由于大位移引起的非线性,使得气囊引起实际弯曲变形还与所处位置有关系,因此在软体机器人建模中常用的常曲率模型可能存在局限性。

以尼龙织物为基底材料和正摩擦材料,聚氨酯(PU)为负摩擦材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为密封材料,导电银浆为电极层,在负摩擦层和电极层之间添加聚酰亚胺(PI)薄膜作为增强层,设计并制备一种基于摩擦纳米发电机(TENG)的气囊式可穿戴摩擦电传感器。利用扫描电子显微镜和电子示波器对该柔性器件的微观结构与输出性能进行表征,探究了PI膜厚度、气囊内部充气量、外部施加压力及其作用频率对输出性能的影响。结果表明:当PI膜厚度为15μm、充气量为1mL、压力作用频率为3Hz时输出性能最佳,达到电荷饱和状态后输出电压可达15V。由于气囊密封结构独特的回弹性和对外界压力变化的响应敏感性,该器件具有良好的灵敏度(0.34V/kPa)、优良的稳定性和防水性,可实现人体运动行为的实时检测,在可穿戴传感领域具有很大潜力。