碳纳米复合材料型工质驱动器论文和设计-袁曦明

全文摘要

本实用新型公开了一种碳纳米复合材料型工质驱动器，包括：激光式碳纳米复合材料型热工质协同驱动器或常温式碳纳米复合材料型工质驱动器；激光式碳纳米复合材料型热工质协同驱动器包括：激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器或激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器；激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器包括：碳纳米管纤维纱线螺旋层、导热式工质双向工作筒层、传热干燥杆芯层、绝热层、工质、环筒工质室、驱动环、驱动输出端、激光器、激光辐照靶区A、激光辐照靶区B。本实用新型将碳纳米管纤维纱线螺旋层吸收工质后的膨胀效应与高温条件下的热膨胀效应相结合，使驱动输出端能够产生伸长或旋转的高效驱动叠加功能。

主设计要求

1.一种碳纳米复合材料型工质驱动器，其特征在于，包括：激光式碳纳米复合材料型热工质协同驱动器或常温式碳纳米复合材料型工质驱动器；所述激光式碳纳米复合材料型热工质协同驱动器，包括：激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器或激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器；所述激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器，包括：碳纳米管纤维纱线螺旋层、导热式工质双向工作筒层、传热干燥杆芯层、绝热层、工质、环筒工质室、驱动环、驱动输出端、激光器、激光辐照靶区A、激光辐照靶区B；所述传热干燥杆芯层外面为碳纳米管纤维纱线螺旋层；所述传热干燥杆芯层与碳纳米管纤维纱线螺旋层之间为滑动接触状态；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层外面为导热式工质双向工作筒层；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层与导热式工质双向工作筒层之间有空隙；所述导热式工质双向工作筒层外面为绝热层；所述工质能够在一定温度条件下可逆地由液态转换为气态；所述导热式工质双向工作筒层内具有工质流动的系列孔道及系列孔洞；所述系列孔洞口朝向碳纳米管纤维纱线螺旋层；所述系列孔道及系列孔洞能向碳纳米管纤维纱线螺旋层提供工质及热量，同时能够回收传热干燥杆芯层传送激光光热干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层时产生的工质；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层下端装配环筒工质室；工质通过环筒工质室在激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热湿协同驱动器中形成工作循环；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层上端与驱动环相连接；所述驱动环与驱动输出端相连接；所述激光辐照靶区A连接环筒工质室，并向环筒工质室中储存的工质传送激光辐照后的光热能量；所述传热干燥杆芯层穿插过环筒状工质室的中空部；所述传热干燥杆芯层与环筒工质室的中空部之间有绝热层；所述激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，并向传热干燥杆芯层提供激光干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层的光热能量。

设计方案

2.根据权利要求1所述的碳纳米复合材料型工质驱动器，其特征在于，所述激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器，包括：三维石墨烯复合凝胶筒层、导热式工质双向工作筒层、传热干燥杆芯层、绝热层、工质、环筒工质室、驱动环、驱动输出端、激光器、激光辐照靶区A、激光辐照靶区B；所述传热干燥杆芯层外面为三维石墨烯复合凝胶筒层；所述传热干燥杆芯层与三维石墨烯复合凝胶筒层之间处于滑动接触状态；所述三维石墨烯复合凝胶筒层外面为导热式工质双向工作筒层；所述三维石墨烯复合凝胶筒层与导热式工质双向工作筒层之间有空隙；所述导热式工质双向工作筒层外面为绝热层；所述导热式工质双向工作筒层内具有工质流动的系列孔道及系列孔洞；所述系列孔洞口朝向三维石墨烯复合凝胶筒层；所述系列孔道及系列孔洞能向三维石墨烯复合凝胶筒层提供工质及激光光热量，同时能够回收传热干燥杆芯层传送激光光热量干燥碳三维石墨烯复合凝胶筒层时产生的工质；所述三维石墨烯复合凝胶筒层下端装配环筒工质室；工质通过环筒工质室能够在激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热湿协同驱动器中形成工作循环；所述三维石墨烯复合凝胶筒层上端与驱动环相连接；所述驱动环与驱动输出端相连接；所述激光辐照靶区A连接环筒工质室，并向环筒工质室中储存的工质提供工质由液态变为气态时的蒸发工作热能量；所述传热干燥杆芯层穿插过环筒工质室的中空部；所述传热干燥杆芯层与环筒工质室的中空部之间有绝热层；所述激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，并向传热干燥杆芯层提供激光干燥三维石墨烯复合凝胶筒层的光热能量。

3.根据权利要求1所述的碳纳米复合材料型工质驱动器，其特征在于，所述常温式碳纳米复合材料型工质驱动器，包括：常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器或常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器；所述常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器，包括：碳纳米管纤维纱线螺旋层、传热干燥杆芯层、环筒支撑体、驱动环、驱动输出端、工质、激光器、激光辐照靶区B；所述传热干燥杆芯层外面为碳纳米管纤维纱线螺旋层；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层下端装配环筒支撑体；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层上端与驱动环相连接；所述驱动环与驱动输出端相连接；所述激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，并向传热干燥杆芯层提供激光干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层的光热能量。

4.根据权利要求1所述的碳纳米复合材料型工质驱动器，其特征在于，所述常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器，包括：三维石墨烯复合凝胶筒层、传热干燥杆芯层、环筒支撑体、驱动环、驱动输出端、工质、激光器、激光辐照靶区B；所述传热干燥杆芯层外面为三维石墨烯复合凝胶筒层；所述三维石墨烯复合凝胶筒层下端装配环筒支撑体；所述三维石墨烯复合凝胶筒层上端与驱动环相连接；所述驱动环与驱动输出端相连接；所述激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，并向传热干燥杆芯层提供激光干燥三维石墨烯复合凝胶筒层的光热能量。

5.根据权利要求1或3所述的碳纳米复合材料型工质驱动器，其特征在于，所述碳纳米管纤维纱线螺旋层是将碳纳米管纤维纱线采用螺旋方式制成；所述碳纳米管纤维纱线包括：由多数单根碳纳米管、碳纳米管聚集束纤维或碳纳米管复合纤维采用并股工艺形成的复股纤维纱线；所述碳纳米管复合纤维，包括：由碳纳米管纤维与其它纤维复合构成。

6.根据权利要求2或4所述的碳纳米复合材料型工质驱动器，其特征在于，所述三维石墨烯复合凝胶筒层是三维石墨烯复合吸水物质形成的中空筒状的复合凝胶；所述三维石墨烯包括：三维多孔石墨烯海绵材料、三维多孔石墨烯气凝胶材料、三维多孔石墨烯泡沫材料、三维多孔石墨烯复合材料、三维多孔氧化石墨烯材料或三维多孔氧化石墨烯复合材料；所述三维多孔石墨烯复合材料包括：三维多孔石墨烯海绵复合材料、三维多孔石墨烯气凝胶复合材料或三维多孔石墨烯泡沫复合材料。

7.根据权利要求1～4任一项所述的碳纳米复合材料型工质驱动器，其特征在于，所述环筒工质室中的工质，包括：纯水、水溶液、有机溶剂、有机溶液、多元有机混合物或热膨胀液体中的一种。

8.根据权利要求1或2所述的碳纳米复合材料型工质驱动器，其特征在于，所述激光辐照靶区A和激光辐照靶区B可以接受激光的辐照形成热源能量或与其它热源、加热器相连接获得热源能量；所述其它热源及加热器包括：可控电阻加热器、电磁加热器、微波加热器、化学反应加热器或电火花加热器。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于机器人、人工智能和光机电一体化中的驱动器技术领域，涉及在非直接电源条件下远距离驱动技术，更具体地涉及一种碳纳米复合材料型工质驱动器。

背景技术

在科技水平快速推动下，机器人、人工智能和光机电一体化以及其驱动器技术领域得到了较快发展，目前机器人的关节驱动装置按照驱动方式可以分为直接驱动和间接驱动。直接驱动方式是指驱动器的输出端直接与关节相连，通过这种驱动方式，驱动器略过减速装置，使关节获得运动所需的力矩。间接驱动方式则是把驱动装置的输出动力通过变速装置或者钢丝绳、连杆机构等传递给关节，其中技术采用较多的便是电机与减速装置配合的驱动方式。

目前针对机器人各关节运动以及驱动技术的研究还比较单一，对于其运动过程中的降低功耗效率，增强在多种复杂环境条件下的适应性、驱动性及人机安全性的研究还处于探索阶段。现有的机器人较多采用电机来驱动刚性关节，其技术主要由电机、减速机构、铰链等构件组成，尽管其传动范围广、可以较好的保证位置精度和对运动轨迹的精确跟踪，但由此造成机器人结构偏大，机器人在有限的工作空间下存在可靠性偏低、驱动柔性偏差等问题，在实际应用方面存在明显缺点。人们对机器人关节及驱动机构进行研究，设计了类似四连杆、六连杆、变胞等结构，但装置多采用纯机械控制，虽然能够保证机器人运动性能的一些需求，但是复杂的机械结构、过大的功率消耗大大降低了机器人的整体性能。

随着机器人技术开发出现了新的研究领域，对机器人的驱动技术也提出了新的发展要求：如何使新一代机器人及系统具备特殊的驱控功能，以应对并克服多种复杂环境中的相互作用及影响；如何利用复杂环境及自然条件来实现可靠功能驱动，如何实现非直接电源条件下的远距离驱动控制，这些问题有待人们进一步解决。

实用新型内容

针对当前在机器人及驱动领域技术发展存在的系列问题，本实用新型提供一种碳纳米复合材料型工质驱动器，以达到优化拓展机器人及驱动技术的应用范围及在不同环境条件的各项性能指标。

本实用新型的一种碳纳米复合材料型工质驱动器的实现具体技术方案包括：激光式碳纳米复合材料型热工质协同驱动器或常温式碳纳米复合材料型工质驱动器；所述激光式碳纳米复合材料型热工质协同驱动器，包括：激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器或激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器；所述激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器，包括：碳纳米管纤维纱线螺旋层、导热式工质双向工作筒层、传热干燥杆芯层、绝热层、工质、环筒工质室、驱动环、驱动输出端、激光器、激光辐照靶区A、激光辐照靶区B；述传热干燥杆芯层外面为碳纳米管纤维纱线螺旋层；所述传热干燥杆芯层与碳纳米管纤维纱线螺旋层之间为滑动接触状态；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层外面为导热式工质双向工作筒层；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层与导热式工质双向工作筒层之间有微小距离的空隙；所述导热式工质双向工作筒层外面为绝热层；所述工质能够在一定温度条件下可逆地由液态转换为气态；所述导热式工质双向工作筒层内具有工质流动的系列孔道及系列孔洞；所述系列孔洞口朝向碳纳米管纤维纱线螺旋层；所述系列孔道及系列孔洞能够开展双向工作，包括：即能够向碳纳米管纤维纱线螺旋层提供工质及热量，也能够回收传热干燥杆芯层传送激光光热干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层时产生的工质；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层下端装配环筒工质室；所述环筒工质室是即能够向碳纳米管纤维纱线螺旋层提供工质及激光光热量，也能够储存回收传热干燥杆芯层传送激光光热干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层后产生的工质，使工质能够在激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热湿协同驱动器中形成工作循环；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层上端与驱动环相连接；所述驱动环与驱动输出端相连接；所述激光辐照靶区A连接环筒工质室，并向环筒工质室中储存的工质传送激光辐照后的光热能量，促使环筒工质室中储存的工质由液态转换为气态；所述传热干燥杆芯层穿插过环筒工质室的中空部；所述传热干燥杆芯层与环筒工质室的中空部之间有绝热层；所述激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，并向传热干燥杆芯层提供激光干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层的光热能量。

上述方案中，所述激光光热式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器，包括：三维石墨烯复合凝胶筒层、导热式工质双向工作筒层、传热干燥杆芯层、绝热层、工质、环筒工质室、驱动环、驱动输出端、激光器、激光辐照靶区A、激光辐照靶区B；所述传热干燥杆芯层外面为三维石墨烯复合凝胶筒层；所述传热干燥杆芯层与三维石墨烯复合凝胶筒层之间处于滑动接触状态；所述三维石墨烯复合凝胶筒层外面为导热式工质双向工作筒层；所述三维石墨烯复合凝胶筒层与导热式工质双向工作筒层之间有微小距离；所述导热式工质双向工作筒层外面为绝热层；所述导热式工质双向工作筒层内具有工质流动的系列孔道及系列孔洞；所述系列孔洞口朝向三维石墨烯复合凝胶筒层；所述系列孔道及系列孔洞能够开展双向工作，包括：即能够向三维石墨烯复合凝胶筒层提供工质及热量，也能够回收传热干燥杆芯层传送激光光热量干燥碳三维石墨烯复合凝胶筒层时产生的工质；所述三维石墨烯复合凝胶筒层下端装配环筒工质室；所述环筒工质室是即能够向三维石墨烯复合凝胶筒层提供工质及热量，也能够回收储存传热干燥杆芯层被激光加热干燥三维石墨烯复合凝胶筒层后产生的工质，使工质能够在激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热湿协同驱动器中形成工作循环；所述三维石墨烯复合凝胶筒层上端与驱动环相连接；所述驱动环与驱动输出端相连接；所述激光辐照靶区A连接环筒工质室，并向环筒工质室中储存的工质提供工质由液态变为气态时蒸发工作热能量；所述传热干燥杆芯层穿插过环筒工质室的中空部；所述传热干燥杆芯层与环筒工质室的中空部之间有绝热层；所述激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，并向传热干燥杆芯层提供激光干燥三维石墨烯复合凝胶筒层的光热能量。

上述方案中，所述常温式碳纳米复合材料型工质驱动器，包括：常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器、常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器；所述常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器，包括：碳纳米管纤维纱线螺旋层、传热干燥杆芯层、环筒支撑体、驱动环、驱动输出端、工质、激光器、激光辐照靶区B；所述传热干燥杆芯层外面为碳纳米管纤维纱线螺旋层；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层下端装配环筒支撑体；所述碳纳米管纤维纱线螺旋层上端与驱动环相连接；所述驱动环与驱动输出端相连接；所述激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，并向传热干燥杆芯层提供激光光热干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层的热能量；所述工质为环境中的水分子。

上述方案中，所述常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器，包括：三维石墨烯复合凝胶筒层、传热干燥杆芯层、环筒支撑体、驱动环、驱动输出端、工质、激光器、激光辐照靶区B；所述传热干燥杆芯层外面为三维石墨烯复合凝胶筒层；所述三维石墨烯复合凝胶筒层下端装配环筒支撑体；所述三维石墨烯复合凝胶筒层上端与驱动环相连接；所述驱动环与驱动输出端相连接；所述激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，并向传热干燥杆芯层提供激光光热干燥三维石墨烯复合凝胶筒层的热能量；所述工质为环境中的水分子。上述方案中，所述碳纳米管纤维纱线螺旋层是将碳纳米管纤维纱线采用螺旋方式制成；所述碳纳米管纤维纱线包括：由多数单根碳纳米管、碳纳米管聚集束纤维或碳纳米管复合纤维采用并股工艺形成的复股纤维纱线；所述碳纳米管复合纤维，包括：由碳纳米管纤维与其它纤维复合构成。

上述方案中，所述三维石墨烯复合凝胶筒层，采用三维石墨烯复合吸水物质制成复合凝胶材料并制成中空筒状；所述三维石墨烯包括：三维多孔石墨烯海绵材料、三维多孔石墨烯气凝胶材料、三维多孔石墨烯泡沫材料、三维多孔石墨烯复合材料、三维多孔氧化石墨烯材料或三维多孔氧化石墨烯复合材料；所述三维多孔石墨烯复合材料包括：三维多孔石墨烯海绵复合材料、三维多孔石墨烯气凝胶复合材料或三维多孔石墨烯泡沫复合材料。

上述方案中，所述环筒工质室中的工质，包括：纯水、水溶液、有机溶剂、有机溶液、多元有机混合物或热膨胀液体中的一种。

上述方案中，所述激光辐照靶区A和激光辐照靶区B即可以接受激光的辐照，也能够与其它热源、加热器相连接，接受其它热源能量来进行驱动输出端的驱动工作或进行工质干燥回收工作；所述其它热源及加热器包括：可控电阻加热器、电磁加热器、微波加热器、化学反应加热器或电火花加热器。

本实用新型碳纳米复合材料型工质驱动器四种类型的工作过程分别如下：

(1)激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器的工作过程为：

激光辐照在激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器的激光辐照靶区A，由于激光辐照靶区A与环筒工质室相连接，将激光光热传输给环筒工质室；环筒工质室内温度升高，将光热量传输给环筒工质室内的工质水；水温度快速升高到水沸点，水由液态变为气态，其水蒸气从环筒状储水室逸出，水蒸气沿着导热式工质双向工作筒层中的系列孔道快速流动，并通过系列孔洞将高温水蒸气喷向碳纳米管纤维纱线螺旋层；碳纳米管纤维纱线螺旋层快速吸收高温水蒸气，且碳纳米管纤维纱线螺旋层温度也快速升高；碳纳米管纤维纱线螺旋层在吸收大量水蒸气和高温的双重作用下，其体积迅速产生膨胀叠加效应；碳纳米管纤维纱线螺旋层产生伸长或旋转驱动效应，并通过驱动环及驱动输出端产生伸长或旋转驱动功能。

激光辐照在激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器的激光辐照靶区B，由于激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接；传热干燥杆芯层温度快速升高，并传送激光光热量给碳纳米管纤维纱线螺旋层来实现干燥；碳纳米管纤维纱线螺旋层温度快速升高，将吸附在碳纳米管纤维纱线螺旋层中的工质水分子温度升高后变成水蒸气；在高温作用下，碳纳米管纤维纱线螺旋层中的水蒸气发散出来，通过导热式工质双向工作筒层中的系列孔洞及系列孔道，被收集回环筒工质室；在高温作用下，碳纳米管纤维纱线螺旋层失去水分被干燥后，产生收缩效应；碳纳米管纤维纱线螺旋层缩回或反向旋转，并通过驱动环带动驱动输出端缩回或反向旋转。

(2)激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器的工作过程为：

激光辐照在激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器的激光辐照靶区A，由于激光辐照靶区A与环筒工质室相连接，将激光光热传输给环筒工质室；环筒工质室内温度升高，将激光光热量传输给环筒工质室内的工质水；工质水温度快速升高到水沸点，水由液态变为气态，其水蒸气从环筒状工质室逸出，水蒸气沿着导热式工质双向工作筒层中的系列孔道快速流动，并通过系列孔洞将高温水蒸气喷向三维石墨烯复合凝胶筒层；三维石墨烯复合凝胶筒层快速吸收高温水蒸气，且三维石墨烯复合凝胶筒层温度也快速升高；三维石墨烯复合凝胶筒层在吸收大量水蒸气和高温的双重作用下，其体积迅速产生膨胀叠加效应；三维石墨烯复合凝胶筒层产生伸长驱动效应，并通过驱动环及驱动输出端产生伸长驱动功能。

激光辐照在激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器的激光辐照靶区B，由于激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接；传热干燥杆芯层温度快速升高，并将激光光热干燥能量传输给三维石墨烯复合凝胶筒层；三维石墨烯复合凝胶筒层温度快速升高，将吸附在三维石墨烯复合凝胶筒层中的水分子温度升高后变成水蒸气；在高温作用下，三维石墨烯复合凝胶筒层中的水蒸气发散出来，通过导热式工质双向工作筒层中的系列孔洞及系列孔道，被收集回环筒工质室；在高温作用下，三维石墨烯复合凝胶筒层失去水分被干燥，产生收缩效应；三维石墨烯复合凝胶筒层缩回，并通过驱动环带动驱动输出端缩回。

(3)常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器的工作过程为：

将常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器放置于常温较潮湿的工作环境中，其工质为环境中的水分子；碳纳米管纤维纱线螺旋层吸收潮湿空气中的水气，碳纳米管纤维纱线螺旋层在吸收大量水气后，其体积产生膨胀效应；碳纳米管纤维纱线螺旋层产生伸长或旋转驱动效应，并通过驱动环及驱动输出端产生伸长或旋转驱动功能。

激光辐照在常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器的激光辐照靶区B，由于激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接；传热干燥杆芯层温度快速升高，并将激光光热干燥能量传输给碳纳米管纤维纱线螺旋层；碳纳米管纤维纱线螺旋层温度快速升高，将吸附在碳纳米管纤维纱线螺旋层中的水分子温度升高后变成水蒸气；在高温作用下，碳纳米管纤维纱线螺旋层中的水蒸气发散出来，碳纳米管纤维纱线螺旋层失去水分被干燥，产生收缩效应；碳纳米管纤维纱线螺旋层缩回或反向旋转，并通过驱动环带动驱动输出端缩回或反向旋转。

(4)常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器的工作过程为：

将常温式三维石墨烯复合凝胶筒型湿驱动器放置于常温较潮湿的工作环境中，其工质为环境中的水分子；三维石墨烯复合凝胶筒层吸收潮湿空气中的水气，三维石墨烯复合凝胶筒层在吸收大量水气后，其体积产生膨胀效应；三维石墨烯复合凝胶筒层产生伸长或旋转驱动效应，并通过驱动环及驱动输出端产生伸长或旋转驱动功能。

激光辐照在常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器的激光辐照靶区B，由于激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接；传热干燥杆芯层温度快速升高，并将激光光热干燥能量传输给三维石墨烯复合凝胶筒层；三维石墨烯复合凝胶筒层温度快速升高，将吸附在三维石墨烯复合凝胶筒层中的水分子温度升高后变成水蒸气；在高温作用下，三维石墨烯复合凝胶筒层中的水蒸气发散出来，三维石墨烯复合凝胶筒层失去水分被干燥，产生收缩效应；三维石墨烯复合凝胶筒层缩回或反向旋转，并通过驱动环带动驱动输出端缩回或反向旋转。

本实用新型的碳纳米复合材料型工质驱动器具有以下有益效果：

a、本实用新型激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器，采用激光作为远距离非直接电源的驱控方式，适用特殊环境；由于碳纳米管纤维纱线加工为螺旋状态，具有即能够快速导热性能，也具有充分吸收工质水后的膨胀功能，因此能够充分将碳纳米管纤维纱线螺旋层吸收工质后的协同膨胀效应与高温条件下的热膨胀效应相结合，使驱动输出端能够产生伸长或旋转的高效驱动叠加功能。

b、本实用新型激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器，采用激光辐照靶区B与传热干燥杆芯层相连接，能够通过传热干燥杆芯层来传送激光光热干燥碳纳米管纤维纱线螺旋吸附的工质，使碳纳米管纤维纱线螺旋层上吸附工质产生脱附效应，碳纳米管纤维纱线螺旋层被干燥，使碳纳米管纤维纱线螺旋层缩回或反向旋转，并通过驱动环带动驱动输出端缩回或反向旋转，来完成驱动工作循环；工质也能够回收循环使用，因此整个驱动器能够高效可逆工作。

c、本实用新型的常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器和常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器能够在常温较潮湿的工作环境中工作，其工质为环境中的水分子，因此能够在一定湿度和时间条件下进行自驱动工作，作为环境湿度自驱动传感器，能够用于人工智能领域；常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器和常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器还能够通过传热干燥杆芯层来传送激光光热量，使碳纳米管纤维纱线螺旋层或三维石墨烯复合凝胶筒层吸附的工质水分子，其驱动器能够高效可逆工作。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器的结构示意图；

图2是激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器的结构示意图；

图3是常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器的结构示意图；

图4是常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器的结构示意图。

其中，激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器1、碳纳米管纤维纱线螺旋层5、导热式工质双向工作筒层6、传热干燥杆芯层7、绝热层8、环筒工质室9、驱动输出端10、激光辐照靶区A11、激光辐照靶区B12、孔洞13、激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器2、三维石墨烯复合凝胶筒层14、导热式工质双向工作筒层15、传热干燥杆芯层16、绝热层17、环筒工质室18、驱动环19、驱动输出端20、激光辐照靶区A21、激光辐照靶区B22、孔洞23、常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器3、碳纳米管纤维纱线螺旋层24、传热干燥杆芯层25、环筒支撑体26、驱动输出端27、激光辐照靶区B28、常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器4、三维石墨烯复合凝胶筒层29、传热干燥杆芯层30、环筒支撑体31、驱动环32、驱动输出端33、激光辐照靶区B34。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

实施例1.激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器

本实用新型实施例的激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器的结构示意图(见图1)。

本实用新型实施例的激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器1(见图1)，包括：碳纳米管纤维纱线螺旋层5、导热式工质双向工作筒层6、传热干燥杆芯层7、绝热层8、工质、环筒工质室9、驱动环、驱动输出端10、激光器、激光辐照靶区A11、激光辐照靶区B12；传热干燥杆芯层7外面为碳纳米管纤维纱线螺旋层5；碳纳米管纤维纱线螺旋层5外面为导热式工质双向工作筒层6；导热式工质双向工作筒层6外面为绝热层8；工质能够在一定温度条件下可逆地由液态转换为气态；导热式工质双向工作筒层6内具有工质流动的系列孔道及系列孔洞13；系列孔洞13口朝向碳纳米管纤维纱线螺旋层5；系列孔道及系列孔洞13能够开展双向工作，包括：能够向碳纳米管纤维纱线螺旋层5提供工质及激光光热量，能够收集传热干燥杆芯层7传送激光光热量干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层5时产生的工质；碳纳米管纤维纱线螺旋层5下端装配环筒工质室9；环筒工质室9是向碳纳米管纤维纱线螺旋层5提供工质及激光光热量的来源，也能够储存收集传热干燥杆芯层7传送激光光热量干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层5后产生的工质，使工质能够在激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热湿协同驱动器1中形成工作循环；碳纳米管纤维纱线螺旋层5上端与驱动环相连接；驱动环与驱动输出端10相连接；激光辐照靶区A11连接环筒工质室9，并向环筒工质室9中储存的工质提供工质蒸发工作热能量；传热干燥杆芯层7穿插过环筒工质室9的中空部；传热干燥杆芯层7与环筒工质室9的中空部之间有绝热层；激光辐照靶区B12与传热干燥杆芯层7相连接，并向传热干燥杆芯层7提供激光干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层5的光热能量。

实施例1激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器1的工作过程为：

激光辐照在激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器1的激光辐照靶区A11，由于激光辐照靶区A11与环筒工质室7相连接，将激光光热传输给环筒工质室7；环筒工质室7内温度升高，将热量传输给环筒状工质室7内的工质水；水温度快速升高到水沸点，水由液态变为气态，其水蒸气从环筒工质室7逸出，水蒸气沿着导热式工质双向工作筒层中6的系列孔道快速流动，并通过系列孔洞13将高温水蒸气喷向碳纳米管纤维纱线螺旋层5；碳纳米管纤维纱线螺旋层5快速吸收高温水蒸气，且碳纳米管纤维纱线螺旋层5温度也快速升高；碳纳米管纤维纱线螺旋层5在吸收大量水蒸气和高温热量的双重作用下，其体积迅速产生膨胀叠加效应；碳纳米管纤维纱线螺旋层5产生伸长或旋转驱动效应，并通过驱动环及驱动输出端10产生伸长或旋转驱动功能。

激光辐照在激光式碳纳米管纤维纱线螺旋型热工质协同驱动器1的激光辐照靶区B12，由于激光辐照靶区B12与传热干燥杆芯层7相连接；传热干燥杆芯层7温度快速升高，并将激光光热量传输给饱含工质水的碳纳米管纤维纱线螺旋层5，使其被高温干燥脱水；碳纳米管纤维纱线螺旋层5温度快速升高，将吸附在碳纳米管纤维纱线螺旋层5中的工质液态水分子温度升高后变成水蒸气；在高温作用下，碳纳米管纤维纱线螺旋层5中的水蒸气发散出来，通过导热式工质双向工作筒层6中的系列孔洞13及系列孔道，被收集回环筒工质室7，工质形成工作循环；在高温作用下，碳纳米管纤维纱线螺旋层5失去工质水分被干燥，产生收缩效应；碳纳米管纤维纱线螺旋层5缩回或反向旋转，并通过驱动环带动驱动输出端10缩回或反向旋转。

实施例2.激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器2

本实用新型实施例的激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器2的结构示意图(见图2)。

本实用新型实施例的激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器2(见图2)，包括：三维石墨烯复合凝胶筒层14、导热式工质双向工作筒层15、传热干燥杆芯层16、绝热层17、工质、环筒工质室18、驱动环19、驱动输出端20、激光器、激光辐照靶区A21、激光辐照靶区B22；传热干燥杆芯层16外面为三维石墨烯复合凝胶筒层14；三维石墨烯复合凝胶筒层14外面为导热式工质双向工作筒层15；导热式工质双向工作筒层15外面为绝热层17；导热式工质双向工作筒层15内具有工质流动的系列孔道及系列孔洞23；系列孔洞23口朝向三维石墨烯复合凝胶筒层14；系列孔道及系列孔洞23能够开展双向工作，包括：能够向三维石墨烯复合凝胶筒层14提供工质及激光光热量，能够收集传热干燥杆芯层16传送激光光热量干燥三维石墨烯复合凝胶筒层14时产生的工质；三维石墨烯复合凝胶筒层14下端装配环筒工质室18；环筒工质室18是向三维石墨烯复合凝胶筒层14提供工质提供工质的来源及激光光热量，也能够储存收集传热干燥杆芯层16传送激光光热量干燥三维石墨烯复合凝胶筒层14后产生的工质，使工质能够在激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热湿协同驱动器2中形成工作循环；三维石墨烯复合凝胶筒层14上端与驱动环19相连接；驱动环19与驱动输出端20相连接；激光辐照靶区A21连接环筒工质室18，并向环筒工质室18中储存的工质提供工质蒸发工作热能量；传热干燥杆芯层16穿插过环筒工质室18的中空部；传热干燥杆芯层16与环筒工质室18的中空部之间有绝热层；激光辐照靶区B22与传热干燥杆芯层16相连接，并向传热干燥杆芯层16提供激光光热量来干燥饱含工质水的三维石墨烯复合凝胶筒层14。三维石墨烯复合凝胶筒层14采用三维石墨烯复合材料制成复合凝胶筒层；三维石墨烯采用三维多孔石墨烯海绵材料。

实施例2激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器2的工作过程为：

激光辐照在激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器2的激光辐照靶区A21，由于激光辐照靶区A21与环筒状工质室18相连接，将激光光热传输给环筒工质室18；环筒工质室18内温度升高，将热量传输给环筒工质室18内的工质水；水温度快速升高到水沸点，水由液态变为气态，其水蒸气从环筒工质室18逸出，水蒸气沿着导热式工质双向工作筒层15中的系列孔道快速流动，并通过系列孔洞23将高温水蒸气喷向三维石墨烯复合凝胶筒层14；三维石墨烯复合凝胶筒层14快速吸收高温水蒸气，且三维石墨烯复合凝胶筒层14温度也快速升高；三维石墨烯复合凝胶筒层14在吸收大量水蒸气和高温热量的双重作用下，其体积迅速产生膨胀叠加效应；三维石墨烯复合凝胶筒层14产生伸长驱动效应，并通过驱动环19及驱动输出端20产生伸长驱动功能。

激光辐照在激光式三维石墨烯复合凝胶筒型热工质协同驱动器2的激光辐照靶区B2，由于激光辐照靶区B22与传热干燥杆芯层16相连接；传热干燥杆芯层16温度快速升高，并将干燥热量传输给三维石墨烯复合凝胶筒层14；三维石墨烯复合凝胶筒层14温度快速升高，将吸附在三维石墨烯复合凝胶筒层14中的水分子温度升高后变成水蒸气；在高温作用下，三维石墨烯复合凝胶筒层14中的水蒸气发散出来，通过导热式工质双向工作筒层15中的系列孔洞23及系列孔道，被收集回环筒工质室18，工质形成工作循环；在高温作用下，三维石墨烯复合凝胶筒层14失去水分被干燥，产生收缩效应；三维石墨烯复合凝胶筒层14缩回，并通过驱动环19带动驱动输出端20缩回。

实施例3.常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器3

本实用新型实施例的常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器3的结构示意图(见图3)。本实用新型实施例3可以用于特殊条件下的湿度传感驱动器。

本实用新型实施例的常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器3(见图3)，包括：碳纳米管纤维纱线螺旋层24、传热干燥杆芯层25、环筒支撑体26、驱动环、驱动输出端27、工质、激光器、激光辐照靶区B28；工质为环境水分子。传热干燥杆芯层25外面为碳纳米管纤维纱线螺旋层24；碳纳米管纤维纱线螺旋层24下端装配环筒支撑体26；碳纳米管纤维纱线螺旋层24上端与驱动环相连接；驱动环与驱动输出端27相连接；激光辐照靶区B28与传热干燥杆芯层25相连接，并向传热干燥杆芯层25提供激光干燥碳纳米管纤维纱线螺旋层24的光热能量。

实施例3常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器3的工作过程为：

将常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器3放置于常温较潮湿的工作环境中，其工质为环境中的水分子；碳纳米管纤维纱线螺旋层24能够吸收潮湿空气中的水气，随着时间推移后碳纳米管纤维纱线螺旋层24吸收大量水气，其体积产生膨胀效应；碳纳米管纤维纱线螺旋层24产生伸长或旋转驱动效应，并通过驱动环及驱动输出端27产生伸长或旋转驱动功能。

激光辐照在常温式碳纳米管纤维纱线螺旋型工质驱动器3的激光辐照靶区B28，由于激光辐照靶区B28与传热干燥杆芯层25相连接；传热干燥杆芯层25温度快速升高，并将激光光热量传输给碳纳米管纤维纱线螺旋层24，使其干燥脱水；碳纳米管纤维纱线螺旋层24温度快速升高，将吸附在碳纳米管纤维纱线螺旋层24中的水分子温度升高后变成水蒸气；在高温作用下，碳纳米管纤维纱线螺旋层24中的水蒸气发散出来，碳纳米管纤维纱线螺旋层24失去水分被干燥，产生收缩效应；碳纳米管纤维纱线螺旋层24缩回或反向旋转，并通过驱动环带动驱动输出端27缩回或反向旋转，完成工作循环。

实施例4.常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器4

本实用新型实施例的常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器4的结构示意图(见图4)。本实用新型实施例4可以用于特殊条件下的湿度传感驱动器。

本实用新型实施例的常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器4(见图4)，包括：三维石墨烯复合凝胶筒层29、传热干燥杆芯层30、环筒支撑体31、驱动环32、驱动输出端33、工质、激光器、激光辐照靶区B34；传热干燥杆芯层30外面为三维石墨烯复合凝胶筒层29；三维石墨烯复合凝胶筒层29下端装配环筒支撑体31；三维石墨烯复合凝胶筒层29上端与驱动环32相连接；驱动环32与驱动输出端33相连接；激光辐照靶区B34与传热干燥杆芯层30相连接，并向传热干燥杆芯层30提供激光干燥三维石墨烯复合凝胶筒层29的光热能量；工质为环境中的水分子。三维石墨烯复合凝胶筒层29采用三维石墨烯复合吸水物质制成复合凝胶筒层；三维石墨烯采用三维多孔氧化石墨烯复合材料。

实施例4常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器4的工作过程为：

将常温式三维石墨烯复合凝胶筒型湿驱动器4放置于常温较潮湿的工作环境中，其工质为环境中的水分子；三维石墨烯复合凝胶筒层29吸收潮湿空气中的水气，三维石墨烯复合凝胶筒层29在吸收大量水气后，其体积产生膨胀效应；三维石墨烯复合凝胶筒层29产生伸长或旋转驱动效应，并通过驱动环32及驱动输出端33产生伸长或旋转驱动功能。

激光辐照在常温式三维石墨烯复合凝胶筒型工质驱动器4的激光辐照靶区B34，由于激光辐照靶区B34与传热干燥杆芯层30相连接；传热干燥杆芯层30温度快速升高，并将干燥热量传输给三维石墨烯复合凝胶筒层29；三维石墨烯复合凝胶筒层29温度快速升高，将吸附在三维石墨烯复合凝胶筒层29中的水分子温度升高后变成水蒸气；在高温作用下，三维石墨烯复合凝胶筒层29中的水蒸气发散出来，三维石墨烯复合凝胶筒层29失去水分被干燥，产生收缩效应；三维石墨烯复合凝胶筒层29缩回或反向旋转，并通过驱动环32带动驱动输出端33缩回或反向旋转，完成驱动工作循环。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

碳纳米复合材料型工质驱动器论文和设计

碳纳米复合材料型工质驱动器论文和设计-袁曦明

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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