与 PVC 凝胶电荷储存器连接的薄膜动态摩擦调节器，用于机器人系统的可变离合

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Thin-film dynamic friction modulator interfaced with PVC-gel charge accumulator for variable clutching of robotic systems

　　

摘要

实现可编程机械柔顺性对于确保机器人系统的安全性和适应性至关重要。虽然利用静电力的主动摩擦界面提供了理想的轻量化外形，但它们通常存在高驱动电压的问题。此外，滑动引起的粘滑不稳定性阻碍了精确的摩擦调节，通常将其功能范围限制为简单的二值（开/关）模式。在此，提出了一种薄膜动态摩擦调节器，通过可调的聚氯乙烯（PVC）凝胶电荷积累器的机电动力学，实现了无粘滑的可变离合功能。与传统介电材料不同，PVC 凝胶利用界面电荷积累产生极强的静电力，从而具有高剪切应力容量（100 V 时约为 29 N/cm2）。至关重要的是，优化 PVC 凝胶中的增塑剂通过同时最小化静动摩擦差异并诱导有助于滑动连续性的速度强化摩擦响应，从而抑制粘滑现象。这种协同效应确保了即使在高剪切应力（22.5 N/cm2）下也能实现无粘滑滑动和精确的动力摩擦控制。该机制的多功能性已在机器人控制系统中得到验证，包括可编程冲击阻尼、可变离合器和可穿戴触觉设备。通过超越传统的二值摩擦控制，这种薄膜摩擦调节器建立了一个用于连续动态控制的多功能平台。