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清华大学赵慧婵:能够为气动系统产生空气压力切断、维持和振荡的单片软纤维阀

论论资讯 | 2024-02-28 1热度

Advanced Materials Technologies

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Monolithic Soft Fibrous Valves Capable of Generating Air Pressure Cutoff, Maintaining, and Oscillation for Pneumatic Systems

Lin Z.; Shao Q.; Du B.; Liu X.-J.; Zhao H.

Published:2024-01-01
DOI:10.1002/admt.202301633

研究背景

随着软性气动机器人的应用不断扩展,人们越来越关注气动系统的安全性和可靠性。然而,传统气动系统中使用的电磁阀和压力调节器等刚性元件体积较大,不够灵活,限制了软性气动系统的发展。因此,如何设计一种能够控制气压、保护气动执行器并且具有较好柔性的阀门成为了当前研究领域需要解决的问题。

研究内容

该研究提出了一种新型软性纤维阀门(SFVs),通过内部微小通道和外部螺旋结构实现了对气压的控制。SFVs采用软性材料制造,具有在特定气压下部分膨胀的独特能力。研究人员设计了三种类型的SFVs:1)SFV-C用于在气压过高时切断气流,保护软性气动执行器;2)SFV-M在输入气压突然降低时,保持执行器内部气压,防止操作对象受到损坏;3)SFV-O能够在不需要电子控制的情况下,产生振荡气压输出。研究人员通过理论建模和实验验证,探究了SFVs在不同拉伸、扭曲和气压条件下的性能。此外,研究人员还设计了全柔性SFVs,以增强其柔性和抗外部冲击的能力。

研究意义

该研究的创新点在于提出了一种新型软性纤维阀门,为软性气动系统的气压控制和保护提供了新的解决方案。与传统气动系统中使用的刚性元件相比,SFVs具有更好的柔性和适应性,能够更好地适应不同场景下的操作需求。因此,该研究对于推动软性气动系统的发展,提高其安全性和可靠性具有重要的。 总之,软性纤维阀门的研究为软性气动系统的气压控制和保护提供了新的选择,有望在未来的工业自动化、医疗护理和人机交互等领域得到广泛应用。

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