【摘 要】
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腔道内如消化道的检查与治疗在全国乃至世界范围,都有着庞大的需求。为实现安全舒适、精确高效的镜检过程,开发微型软体机器人用于腔道内窥镜检查,有着广泛的社会需求和深远的研究前景。本文围绕软体机器人锚定机构的需求,采用一类电活性材料VHB4905,设计并制备了一款球囊形介电弹性体驱动器（DEA）;解决了DE薄膜预拉伸、转移和电极涂布等问题,完善了制备工艺;使用MATLAB软件控制高压放大器对驱动器加电测
【基金项目】
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深圳市自然科学基金项目《基 2020N324 腔道内手术治疗用新型柔性驱动机理与技术研究》；
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腔道内如消化道的检查与治疗在全国乃至世界范围,都有着庞大的需求。为实现安全舒适、精确高效的镜检过程,开发微型软体机器人用于腔道内窥镜检查,有着广泛的社会需求和深远的研究前景。本文围绕软体机器人锚定机构的需求,采用一类电活性材料VHB4905,设计并制备了一款球囊形介电弹性体驱动器（DEA）;解决了DE薄膜预拉伸、转移和电极涂布等问题,完善了制备工艺;使用MATLAB软件控制高压放大器对驱动器加电测试,研究了不同气压、电压下的驱动特性;通过拉伸力学试验获得了VHB4905的超弹性材料参数,并使用ABAQUS软件对驱动过程进行了有限元模拟,研究了不同弹性体材料、不同拉伸率下的驱动变形情况,分析并解释了模拟结果。试验测试结果表明,该球囊形DEA的临界电压约3 800 V;通过外接气腔的方式提高球囊内的总气体量,能够显著提升球囊的膨胀变形（外接2.65 ml气腔时变形提升了4.78%）;研究电压特性时得出,驱动器球囊膨胀率随电压升高逐渐上升,在3 000 V电压下可达到17.91%,最大驱动半径约10.18 mm;研究气压特性时发现,提高球囊变形不能仅通过充入大量气体完成,还需要相匹配的气压-电压关系——试验得到的理想参数为:12.33 k Pa气压和2 800 V电压。有限元模拟结果显示,驱动状态下DE球囊表面的应力值先升高后缓慢降低,在与框架连接处应力值迅速升高,最大应力区域分布在DE球囊顶部,还原了高电压下DE薄膜褶皱的现象;模拟得到的球囊半径与试验结果很接近（误差约2.19%）,说明模拟方法具有可行性;使用聚氨酯材料进行模拟时,驱动器要求更高的驱动气压（50.00 k Pa以上）,最大球囊半径在6.80 mm～7.28 mm范围;使用硅橡胶材料进行模拟时,驱动器能在更低的初始气压下驱动变形,但其较低的介电常数限制了电压对变形的调控作用。最后模拟了不同拉伸率对驱动性能的影响,在较高拉伸率（3.61倍）下的驱动器具有更好的性能表现,得到的最大球囊半径约为10.05 mm。
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