(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210956693.6 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 香港理工大 学深圳研究院 地址 518057 广东省深圳市南 山区粤海街 道高新技术产业园南区粤兴一道18号 香港理工大 学产学研大楼 205室 申请人 香港理工大 学 (72)发明人 张子恒　朱波　陈韦　陶肖明　 (74)专利代理 机构 深圳市君胜知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44268 专利代理师 徐凯凯 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/24(2006.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种超螺旋状复合纤维驱动器的模量分析 测试方法 (57)摘要 本发明公开了一种超螺旋状复合纤维驱动 器的模量分析测试方法， 其包括步骤： 将由纤维 基体和聚合物基质构成的纱线加捻成一阶超螺 旋结构， 形成所述复合纤维驱动器； 基于所述复 合纤维驱动器的一阶超螺旋结构， 构建模量数学 模型； 根据所述模量数学模型获取所述复合纤维 驱动器在动态温度下的模量。 本发 明提供的复合 纤维驱动器的模量分析测试方法可以通过直接 拍摄或观 察这样的非接触测试， 来完成对超螺旋 状复合纤维驱动器的模量分析测试， 从而为超螺 旋状复合纤维驱动器的设计和优化提供指引； 本 发明方法可在较宽的温度范围内对复合纤维驱 动器的模量进行分析测试， 还可以选择纤维基体 和聚合物基质材料的最佳热力学性质和比例的 组合， 以最大化各向异性。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115290447 A 2022.11.04 CN 115290447 A 1.一种复合纤维驱动器的模量分析测试 方法， 其特 征在于， 包括 步骤： 将由纤维基体和聚合物基质构 成的纱线加捻成一阶超螺旋结构， 形成所述复合纤维驱 动器； 基于所述复合纤维驱动器的一阶超螺 旋结构， 构建模量数 学模型： 其中， Er和Gr分别为参考温度下 的拉伸模量和剪切模量， Tr为参考温度， a为晶体材料的热力学表征系数， A为纱线的横截面 积， 公式中的下标1代表纤维基体， 下标2代表聚合物基质， α 为一阶超螺旋结构状态下纱线 与复合纤维驱动器横截面的夹角， θ为一阶超螺旋结构状态下纤维基体与纱线横截面的夹 角。 根据所述模量数 学模型获取 所述复合纤维驱动器在动态温度下的模量。 2.根据权利要求1所述复合纤维驱动器的模量分析测试方法， 其特征在于， 所述纤维基 体为具有导电性或具有导电涂层的尼龙纤维、 涤纶纤维和碳纤维中的一种。 3.根据权利要求1所述复合纤维驱动器的模量分析测试方法， 其特征在于， 所述 聚合物 基质为聚二甲基硅氧烷、 环氧树脂和天然橡胶中的一种。 4.根据权利要求3所述复合纤维驱动器的模量分析测试方法， 其特征在于， 所述 聚合物 基质的杨氏模量 为0.1MPa ‑100MPa。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115290447 A 2一种超螺旋状复合纤维驱动器的模量分析测试方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 柔性驱动器技术领域， 特别涉及一种超螺旋状复合纤维驱动器的模量 分析测试 方法。 背景技术 [0002]现有纤维的超螺旋线性驱动器因其广泛的应用， 近年来已成为重要的研究领域， 例如人造肌肉、 智能机器人、 假肢医疗、 可变形 的纺织品和能量收集等。 与传统的电磁驱动 器和气动驱动器相比， 该驱动器柔软、 轻巧、 灵活， 兼容性高， 适用于多种尺度和广泛的应用 环境。 在其核心的驱动功 能方面， 目前已针对不同的纤维和基体材料及其体积比做了系列 的实验， 在等长、 等重、 等温的条件 下得到了大量的测试数据， 并由此进 行改进和优化。 另一 方面， 以弹簧刚度模型为代表的螺旋状空间结构的力学分析不适用于超螺旋各向异 性的纤 维复合材 料。 [0003]因此， 现有技 术还有待于改进和发展。 发明内容 [0004]鉴于上述现有技术的不足， 本发明的目的在于提供一种超螺旋状复合纤维驱动器 的模量分析测试方法， 旨在解决现有技术无法对超螺旋各向异形的纤维驱动器的模量进 行 准确测试和优化的问题。 [0005]本发明的技 术方案如下： [0006]一种复合纤维驱动器的模量分析测试 方法， 其中， 包括 步骤： [0007]将由纤维基体和聚合物基质构成的纱线加捻成一阶超螺旋结构， 形成所述复合纤 维驱动器； [0008]基于所述复合纤维驱动器的一阶超螺 旋结构， 构建模量数 学模型： 其中， Er和Gr分别为参考温度下 的拉伸模量和剪切模量， Tr为参考温度， a为晶体材料的热力学表征系数， A为纱线的横截面 积， 公式中的下标1代表纤维基体， 下标2代表聚合物基质， α 为一阶超螺旋结构状态下纱线 与复合纤维驱动器横截面的夹角， θ为一阶超螺旋结构状态下纤维基体与纱线横截面的夹 角。 [0009]根据所述模量数 学模型获取 所述复合纤维驱动器在动态温度下的模量。 [0010]所述复合纤维驱动器 的模量分析测试方法， 其中， 所述纤维基体为具有导电性或 具有导电涂层的尼龙纤维、 涤纶纤维和碳纤维中的一种。 [0011]所述复合纤维驱动器 的模量分析测试方法， 其中， 所述聚合物基质为聚二甲基硅 氧烷、 环氧树脂和天然橡胶中的一种。 [0012]所述复合纤维驱动器 的模量分析测试方法， 其中， 所述聚合物基质的杨氏模量为说　明　书 1/5 页 3 CN 115290447 A 3