(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 202210839797.9 (22)申请日 2022.07.14 (66)本国优先权数据 202210781604.9 202 2.07.01 CN (71)申请人 中国科学院宁波材 料技术与工程研 究所 地址 315201 浙江省宁波市镇海区庄市大 道519号 (72)发明人 王慰军　方灶军　陈庆盈　张驰　 (74)专利代理 机构 南京利丰知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32256 专利代理师 赵世发 (51)Int.Cl. G01N 3/32(2006.01) G01N 3/02(2006.01)G01N 3/04(2006.01) (54)发明名称 弹性电子材 料的力-电特性测试装备 (57)摘要 本发明公开了一种弹性电子材料的力 ‑电特 性测试装备。 所述力 ‑电特性测试装备包括： 仿人 运动单元， 包括小腿支架、 大腿支架和仿人膝关 节， 所述仿人膝关节包括驱动机构和输出轴， 所 述驱动机构与所述输出轴传动连接， 所述大腿支 架与所述 驱动机构固定连接， 所述小腿支架与所 述输出轴 固定连接； 弹性仿生皮肤单元， 包含弹 性电子材料结构； 电学测试单元， 与所述弹性电 子材料结构连接， 并至少用于采集所述弹性电子 材料结构的电学性能参数， 所述电学性能参数包 括电阻、 电容、 电感中的至少一者。 本发 明提供的 力‑电特性测试装备， 可以模拟在仿人运动、 人体 温度以及出汗环境下弹性电子材料的力 ‑电特 性， 满足人体运动和生理指标参数探测。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115219358 A 2022.10.21 CN 115219358 A 1.一种弹性电子材 料的力‑电特性测试装备， 其特 征在于包括： 仿人运动单元， 包括小腿支架、 大腿支架和仿人膝关节， 所述仿人膝关节包括驱动机构 和输出轴， 所述 驱动机构与所述输出轴传动连接， 其中， 所述大腿支架与所述驱动机构固定 连接， 所述小腿支架与所述输出轴固定连接， 所述小腿支架能够在所述驱动机构的驱使下 以所述输出轴为轴相对于大腿支 架发生转动； 弹性仿生皮肤单元， 包含弹性电子材料结构， 所述弹性电子材料结构分别与所述小腿 支架、 大腿支架固定连接且至少覆盖所述仿人膝关节的一部分， 所述弹性电子材料结构能 够在所述仿人膝关节的运动过程中发生弹性伸缩运动； 电学测试单元， 与所述弹性电子材料结构连接， 并至少用于采集所述弹性电子材料结 构的电学性能参数， 所述电学性能参数包括电阻、 电容、 电感中的至少一 者。 2.根据权利要求1所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于： 所述驱动机构包括无框力 矩电机， 所述无框力矩电机的定子与所述大腿支架固定连接， 所述无框力矩电机的转子与 所述输出轴同轴设置 。 3.根据权利要求2所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于： 所述驱动机构还包括机 壳， 所述无框力矩电机和输出轴被封装在所述机壳内， 所述机壳与所述大腿支架固定连接， 所 述无框力矩电机的定 子与所述机壳 固定连接， 所述输出轴通过轴承与所述机壳转动配合。 4.根据权利要求3所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于： 所述驱动机构还包括谐波 减速器， 所述无框力矩电机的转子经 所述谐波减速器与所述输出轴连接 。 5.根据权利要求4所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于： 所述谐波减速器设置在所 述机壳内， 其中， 所述谐波减速器的钢轮固定 设置在机壳上， 所述谐波减速器的柔轮与所述 输出轴固定连接， 所述谐波减速器的钢轮和柔轮通过波发生器啮合， 所述波发生器还与所 述无框力矩电机的转子的动力输出端固定连接且能够随所述 转子转动。 6.根据权利要求5所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于， 所述驱动机构还包括： 力矩 传感器， 所述力矩传感器与所述 柔轮连接， 并至少用于监测所述 柔轮承受的外 部载荷。 7.根据权利要求5所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于， 所述驱动机构还包括： 霍尔 传感器， 所述霍尔传感器与所述 转子连接， 并至少用于监测所述 转子的位置和转速 。 8.根据权利要求5所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于， 所述驱动机构还包括： 编码 器， 所述编码器与所述输出轴连接， 并至少用于监测所述输出轴的转速与转角位置 。 9.根据权利要求5所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于： 所述弹性电子材料结构内 部具有多个可供流体流动的微 流道结构， 以及， 所述弹性仿生皮肤单元还包括人工汗液系统、 加热系统、 弹性加热层、 温度传感 器和湿度传感器， 所述人工汗液系统与所述微流道结构相连通， 并至少用于 向所述微流道 结构内提供流体并驱使所述 流体在所述 微流道结构内流动， 所述弹性加热层与 所述弹性电子材料结构叠层 设置且导热连接， 所述加热系统与 所述 弹性加热层导热 连接； 所述温度传感器、 湿度传感器分别与所述弹性电子材料结构连接并至少用于监测所述 弹性电子材 料结构的温度、 湿度参数。 10.根据权利要求9所述的力 ‑电特性测试装备， 其特征在于： 所述弹性加热层包括液态 金属弹性加热器。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115219358 A 2弹性电子材料的力 ‑电特性测试装 备 技术领域 [0001]本发明特别涉及一种 弹性电子材料的力 ‑电特性测试装备， 属于弹性电子材料与 器件技术领域。 背景技术 [0002]在仿人运动的条件下， 研究弹性电子材料的力学和电学性能， 对于揭示人体穿戴 条件下制备技术与材料性能之间的关联规律， 优化弹性电子材料与器件的设计至关重要， 对于推动弹性电子新材料与器件从创新研究到应用落地的过程也具有十分重要的价值。 目 前， 基于万能材料拉伸机结合电学测试仪表可以实现弹性电子材料力 ‑电特性的表征， 但 其 拉伸变形方式与人体关节运动不同， 在模仿人体运动时的复杂应变方面有所欠缺。 而通过 人体本身来进 行弹性电子材料的力 ‑电特性测量， 无法保证测试精度、 一致性和百万次以上 的疲劳实验， 从而限制了对弹性电子材料与器件的准确评估及在复杂、 循环应变下， 材料 ‑ 器件‑性能关联规 律和机制的研究。 发明内容 [0003]针对现有技术的不足， 本发明的目的在于提供一种 弹性电子材料的力 ‑电特性测 试装备。 [0004]为实现前述发明目的， 本发明采用的技 术方案包括： [0005]本发明实施例提供了一种弹性电子材 料的力‑电特性测试装备， 包括： [0006]仿人运动单元， 包括小腿支架、 大腿支架和仿人膝关节， 所述仿人膝关节包括驱动 机构和输出轴， 所述驱动机构与所述输出轴传动连接， 其中， 所述大腿支架与所述驱动机构 固定连接， 所述小腿支架与所述输出轴固定连接， 所述大腿支架和小腿支架 能够在所述驱 动机构的驱使下以所述输出轴为轴转动； [0007]弹性仿生皮肤单元， 包含弹性电子材料结构， 所述弹性电子材料结构分别与所述 小腿支架、 大腿支架固定连接且至少覆盖所述仿人膝关节的一部分， 所述弹性电子材料结 构能够在所述仿人膝关节的运动过程中发生弹性伸缩运动； [0008]电学测试单元， 与所述弹性电子材料结构连接， 并至少用于采集所述弹性电子材 料结构的电学性能参数， 所述电学性能参数包括电阻、 电容、 电感中的至少一 者。 [0009]与现有技 术相比， 本发明的优点包括： [0010]1)本发明实施例提供的一种 弹性电子材料的力 ‑电特性测试装备， 可以模拟在仿 人运动、 人体温度以及出汗环境下弹性电子材料的力 ‑电特性， 满足人体运动和生理指标参 数探测； [0011]2)本发明实施例提供的一种 弹性电子材料的力 ‑电特性测试装备， 可以实现人体 膝关节的高精度、 高重复性、 百万次以上循环运动的模拟； [0012]3)本发明实施例提供的一种 弹性电子材料的力 ‑电特性测试装备， 通过将液态金 属弹性加热器与汗液弹性微流道系统集成， 构建用于仿人膝关节包覆的集人体体温与出汗说　明　书 1/5 页 3 CN 115219358 A 3