一种用于微机器人的软磁橡胶执行器制备方法 一.技术领域：本发明涉及微机器人执行器领域，特别涉及一种用于微机器人的软磁橡胶执行器制备方法。
二.背景技术：微机器人获得能量的方式可分为三种：电池、外接引线、智能材料能量场。采用智能材料能量场方式提供能量的微机器人由于避免了外接引线产生的弹性力的阻碍，因而尺寸有望做到微米级甚至更小。可采用的能量场包括电场、磁场电磁波、超声波、超声场等，其中磁场和其它几种能量场相比，具有作用距离远、对人体危害小、操作安全和容易实现等特点。
智能材料能量场是指那些能够对电信号或非电信号产生相应，并完成某种动作的材料，如SMA、巨磁至伸缩合金GMA、压电材料、ICPF、智能凝胶等。由于智能材料可以直接把控制信号转变为位移量，省去了解码电路和控制电路等中间处理电路。且能量传递和控制信号同时传送，实现了功能集成，简化了对微机器人的操作，因而在微机器人的研究中得到了广泛的应用。目前能够对磁场响应的智能材料有GMA和磁致流变体等，然而GMA应变量太小且难于加工，磁致流变体不稳定，所以这两种材料在微机器人方面的应用并不广泛。
三.发明内容：本发明的目的是：制备一种用于微机器人的软磁性橡胶执行器，该执行器在磁场中的应变量远远大于GMA，比磁致流变体稳定且由于执行器材料是柔性的，不仅对于研究应用于人体的微型医疗机器人具有重要意义，而且还可应用于其它微型机器人的研究。
本发明的技术方案是：一种用于微机器人地软磁橡胶执行器制备方法，其特征在于：执行器的主体为磁性粉末、橡胶材料、以及用于改善性能使之适用于微机器人执行器的各种添加剂。其中：
磁性粉末可以是铁粉、镍粉或磁性合金粉末、铁氧体粉末，也可以将磁性粉末制备成纳米粉末；橡胶材料可以是硅橡胶或聚丙烯酸树脂；添加剂可以为氧化锌、硫粉、芳烃油。
用天平称取一定量磁性粉末和橡胶材料，按一定比例混合，混合比例重量比可以为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7，采用模具成型、匀胶机匀胶、炼胶机炼胶工艺方法处理，固化成型，成为软磁橡胶执行器。软磁橡胶执行器是柔性的，且比磁致流变体稳定，可以加工成条状或薄膜，使之适合用于微机器人执行器；
模具成型是将材料混合搅拌均匀后置入特定形状的陶瓷模具中，室温固化48小时，得到软磁橡胶执行器。
匀胶机匀胶是将材料混合搅拌均匀后置于硅片上，用匀胶机在不同的转速下匀胶30秒，室温水平放置48小时，得到软磁橡胶膜，通过改变匀胶时的转速，可以控制软磁橡胶膜的厚度，利用这种方法制作出毫米级甚至微米级的微机器人执行器。
炼胶机炼胶是将材料混合后用炼胶机处理，使之固化成型成为软磁橡胶执行器。
所述的磁性粉末，还原铁粉含量越高，所受到的磁场作用力也越大，外加磁感应强度B越大，橡胶所受到的磁场力和橡胶抗弯刚度EI越大，可通过调整橡胶中的铁粉含量，使软磁性橡胶执行器的受力情况与刚度取得最佳值。
所述的软磁橡胶执行器还可以用硫化方法处理，使之适合于其它微机器人执行器。
所述的软磁橡胶执行器可以应用于微型水下机器人、微型医疗机器人、及微型管道机器人。
本发明的有益效果是：利用本发明方法制作的软磁性橡胶执行器具有驱动功能，执行器是柔性的且比磁致流变体稳定，可以应用于微型水下机器人、微型医疗机器人、及微型管道机器人的研究。
四.附图说明：图1是硅橡胶的化学结构式。图2是软磁性橡胶执行器在磁场中的受力曲线。图3是软磁性橡胶执行器应变测量示意图。图4是软磁性橡胶执行器悬臂梁挠度曲线图。
五.具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
在电子天平上分别按表1样品编号和配方比例称取分析纯还原铁粉和硅橡胶，硅橡胶的化学结构式见图1。经充分混合后搅拌均匀后，置于模具中，在室温下固化48小时，得到软磁性橡胶样品。
表1是样品编号和配方 样品编号 样品成分 配置比例 1 硅橡胶，还原铁粉 1∶0.3 2 硅橡胶，还原铁粉 1∶0.5 3 硅橡胶，还原铁粉 1∶1 4 硅橡胶，还原铁粉 1∶2 5 硅橡胶，还原铁粉 1∶3 6 硅橡胶，还原铁粉 1∶4 7 硅橡胶，还原铁粉 1∶5
在天平上称取还原铁粉和703粘合剂按3∶1比例混合，搅拌均匀后，置于3吋硅片上，用匀胶台在不同的转速下匀胶30秒，室温水平放置48小时，得到软磁性橡胶膜，通过改变匀胶时的转速，可以控制软磁性橡胶膜的厚度，利用这种方法制作出毫米级甚至微米级的微机器人执行器。表2是在不同转速下软磁性橡胶膜的厚度转速(转/分) 5300 5300 3800 2000 1000厚度(μm) 35(703粘合剂) 104 232 285 600表3是软磁性橡胶执行器在磁场中的受力情况。磁感应强度B(mT) 应力(10-2N)磁感应强度 B(mT) 应力(10-2N) 1#样品 2#样品 3#样品 4#样品 5#样品 6#样品 7#样品 0.66 0 0.0008 0.0011 0.0014 0.0018 4.5 0.161 0.179 1.6 0.0021 0.0036 0.0032 0.0064 0.0069 6.5 0.363 0.383 2.7 0.006 0.0124 0.0112 0.0218 0.0243 10 0.765 0.805 3.8 0.0146 0.0263 0.0277 0.0491 0.0561 13 1.53 1.6 6.5 0.0405 0.0684 0.0782 0.1361 0.1588 18.5 3.14 3.25 10 0.108 0.182 0.224 0.376 0.448 21 4.89 5.08 14 0.223 0.384 0.478 0.788 0.982 29 9.61 9.81 21 0.493 0.833 1.129 1.865 2.271 40 15.56 15.78 30 1.212 2.003 2.72 4.736 5.934 52 24.94 25.47 36 1.543 2.651 3.577 6.058 7.778 40 1.993 3.305 4.673 7.933 10.014 50 3.194 5.333 7.691 13.197 16.821 55.5 3.816 6.409 8.93 15.515 20.019
表3中给出了各种组分的软磁性橡胶执行器在磁场中受力情况的测试数据，其中各组分体积为1.140cm3，形状相同。图2中显示出掺入还原铁粉的软磁性橡胶执行器受力曲线。
图2和表3中的数据说明，掺入还原铁粉的软磁性橡胶执行器中的还原铁粉含量越高，受到的磁场力越大。图3是软磁性橡胶执行器应变测量示意图。
在图3中1为软磁性橡胶执行器悬臂梁，2为螺旋测微器，3为支架。将各种软磁性橡胶执行器加工成长15mm、宽3mm、厚2.5mm的悬臂梁1，固定在支架3上并一端施加负载F，用螺旋测微器2可准确测出悬臂梁1在不同负载下的挠度。表4是软磁性橡胶执行器悬臂梁在不同负载下的挠度。 负载 (10-2N) 挠度(mm) 负载 (10-2N) 挠度(mm) 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.084 1.67 1.12 0.58 0.5 0.3 0.263 0.17 0.13 0.263 4.5 3 2.59 1.74 0.52 0.766 0.49 0.29 1.09 1.054 0.71 0.46 1.49 2.479 1.7 1.27 3.25 2.973 2.29 1.56图4是软磁性橡胶执行器悬臂梁挠度曲线图。
从图4中可见各中组分的软磁性橡胶执行器在横向作用力下的弯曲变形，橡胶中铁粉含量越高，相应的悬臂梁的挠度也越大，说明软磁性橡胶执行器的刚度EI增大。表5是各种软磁性橡胶执行器的抗弯刚度EI 样品编号 1 2 3 4 5 6 7 EI(10-7Nm2) 6.575 9.863 11.42 17.00 85.81 146.1 214.4