卷繞式介電型EAP驅(qū)動單元性能提高與應(yīng)用.pdf

1、利用介電型EAP(Electro-active Polymer,電活性聚合物)制作的卷繞式二自由度驅(qū)動單元具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸出力大、質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)點,在仿生機(jī)器人領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。本文以該驅(qū)動單元為研究對象,開展其性能提高與應(yīng)用研究,論文選題具有重要的研究與應(yīng)用價值。
　　分析了卷繞式二自由度驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)及制造過程,改進(jìn)了預(yù)拉伸裝置和EAP膜卷繞裝置。改進(jìn)后的預(yù)拉伸裝置可以提高EAP膜的預(yù)拉伸質(zhì)量;改進(jìn)后的EAP膜卷繞裝

2、置實現(xiàn)了自動卷繞,避免了在卷繞過程中出現(xiàn)二次拉伸及電極錯位,提高了驅(qū)動單元卷繞制作質(zhì)量與制作效率。分析驅(qū)動單元的幾種失穩(wěn)失效形式,給出避免失穩(wěn)失效的方法。
　　分析了驅(qū)動單元線性伸縮和彎曲變形的幾何特點及受力情況,建立了介電型EAP膜的幾何方程、平衡方程以及邊界條件。將上述方程及條件聯(lián)合本構(gòu)方程,采用 MATLAB編制程序?qū)Ψ匠探M進(jìn)行數(shù)值求解,得到該二自由度驅(qū)動單元通電狀態(tài)下的輸出位移(包括線性位移和角位移)和輸出力(包括線性輸出

3、力和側(cè)向輸出力)。
　　采用位移及輸出力測試裝置對驅(qū)動單元的輸出性能進(jìn)行測試,驅(qū)動單元在5 kV時可產(chǎn)生8.4 mm的線性位移和8.37 N的最大線性輸出力,在5 kV時可產(chǎn)生75.3°的彎曲角度與0.705 N的最大側(cè)向力。結(jié)果表明實驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)比較吻合,給出并分析了驅(qū)動單元在通電彎曲時EAP膜應(yīng)力及延伸率狀態(tài)。
　　設(shè)計了單驅(qū)動單元機(jī)器人、四驅(qū)動單元串聯(lián)機(jī)器人,并利用LABVIEW編寫控制程序。對單驅(qū)動單元機(jī)器人進(jìn)行