介电型EAP卷绕式驱动器的实现与应用

基于介电型EAP(electroactive polymer,电活性聚合物)的优点,以VHB4910作为驱动材料,设计、实现了卷绕式二自由度驱动器,它可产生轴向伸缩和弯曲运动。对驱动器的性能进行测试,其最大轴向位移为6.78 mm,最大轴向推拉力分别为9.56 N、9.81 N;最大弯曲角度达87°,最大侧向力为1.04 N。在驱动器两端安装两对单向轮,实现了一个可爬行运动的机器人,该机器人可通过驱动器的伸缩和弯曲向前运动,其伸缩运动速度为1.55 mm/s,弯曲运动速度可达6.41 mm/s。试验证明介电型EAP可以用于实现微小型爬行机器人。     

介电型EAP柔性摆动驱动器研究

为研究介电型EAP摆动驱动器的性能,设计制作了柔杆式介电型EAP摆动驱动器。对驱动器的摆动性能进行了测试,获得了不同施加电压下驱动器的摆动角度与阻转力。结果表明,随着施加电压的增加,驱动器的摆动角度、阻转力也在增加,且在电压较大时增加更快。此外,EAP的拉伸率对驱动器性能也有一定的影响,并指出了该驱动器在结构与性能优化的基础上,可潜在用于仿生机器人的摆动驱动。     

介电型EAP柔性摆动驱动器研究

为研究介电型EAP摆动驱动器的性能,设计制作了柔杆式介电型EAP摆动驱动器。对驱动器的摆动性能进行了测试,获得了不同施加电压下驱动器的摆动角度与阻转力。结果表明,随着施加电压的增加,驱动器的摆动角度、阻转力也在增加,且在电压较大时增加更快。此外,EAP的拉伸率对驱动器性能也有一定的影响,并指出了该驱动器在结构与性能优化的基础上,可潜在用于仿生机器人的摆动驱动。     

基于EAP驱动器的并联式管道机器人机构设计

电活性聚合物是一类较新的聚合物,其高效的电能和机械能转换特性可用于驱动器的开发。本文介绍EAP材料作为驱动器的机理以及EAP移动、转动驱动器的设计,并与其他功能材料的驱动特性进行了比较;提出了一种基于EAP驱动器的并联式管道机器人机构,对其管道内行走运动进行了规划;该机器人具有较强的非结构环境适应性。     

介电型EAP线性和弯曲驱动器研究

基于介电型EAP(dielectric electroactive polymer,电活性聚合物)较好的综合性能,研究了卷绕式线性和弯曲驱动器。分析了线性驱动器的结构,进行了单(两)自由度弯曲驱动器的电极形式设计,构建了双轴拉伸机构和卷绕平台用于驱动器制作。试验表明:线性和弯曲驱动器能产生线性伸长和单(两)自由度连续弯曲,其中线性伸长率超过30%,弯曲角度可达90°(32°),并测试了驱动器的输出力。卷绕式驱动器结构紧凑,运动范围大,能产生类似于生物体的柔性运动,在仿生空中或地面机器人等领域具有广泛应用前景。     

介电弹性体摆动驱动器的分析与实现

根据介电弹性体摆动驱动器的工作原理,设计了摆动驱动器.通过对比试验得到性能较佳的摆动驱动器,该摆动驱动器的研究可为仿生机器人的驱动实现提供一种可能的解决方案.     

一种宏微机器人结构

介绍了一种宏微机器人结构,宏运动机器人可以在较大范围内运动,而微珲位机器人具高精度的定位能力,在使用电致伸缩驱动器,柔性铰链和数字调节器的基础上,机器人的能力得以增强。     

介电型电活性聚合物圆柱驱动器特性

介电型电活性聚合物(Electroactive polymer, EAP)驱动器的动、静态特性是其合理使用及优化设计的重要依据。构建圆柱形驱动器几何模型描述其几何变形,结合EAP膜机电耦合方程推导驱动器轴向线性运动的动力学方程。驱动器的电压-位移数值计算结果显示内外层EAP膜柔性电极涂覆方式会影响驱动器位移。基于驱动器的电压位移关系,对其主要失效形式进行讨论。将基于neo-Hookean弹簧的1个时间常数黏弹性模型修正为具有2个时间常数的模型,并将2种模型运用于阶跃和周期电压激励下的驱动器动态响应研究。理论计算与试验结果的对比分析表明,2个时间常数的黏弹性模型对驱动器的动态位移描述更为准确。在周期激励电压下,提高频率会显著减小驱动器位移幅值,驱动器的“激励死区”会减小其振动中心偏移及振动幅度。     

球壳形介电弹性体驱动器电致应变特性分析

介电弹性体是电场型电活性聚合物的一种,能够在外加电场的作用下,通过材料内部结构的改变发生伸缩、弯曲、束紧或膨胀等变形,人为控制电压的大小,精确控制变形.基于Neo-Hookean应变能模型,采用ABAQUS有限元软件,开展了材质为丙烯酸聚合物的球壳形介电弹性体驱动器在机电载荷作用下的力学性能有限元模拟,分别分析了无机械预拉伸和有机械预拉伸条件下电致应变特性,进行了球壳形介电弹性体驱动器机电耦合特性的有限元仿真分析,为球壳状介电弹性体驱动器的力电特性、变形失效、稳定性的进一步研究提供了一定的理论依据.     

锥型介电弹性体驱动器的性能研究

介电弹性体驱动器在机器人系统、医疗机械系统以及智能驱动系统方面已经显示出广泛的应用潜能,具有结构简单、质量轻、能量密度大、效率高、变形大的优点.采用3M VHB4910介电弹性体设计并制作了锥型介电弹性体驱动器,并进行了锥型驱动器的驱动实验.测得锥型驱动器在一个通断电过程中的力一位移曲线,并计算得到驱动器的差力为1.65 N.实验结果表明锥型驱动器在通电后可以较大的线性位移,面积变化率为15.49%,断电后又能较快地恢复初始位置.同时对驱动器在一个工作周期中的做功进行分析,指出锥型驱动器可以通过多层薄膜的叠加来提高输出功.     

一种介电型电活性聚合物材料的非线性超弹性模型

介电型电活性聚合物(Electroactive polymer,EAP)材料的应力应变本构模型是进行EAP驱动器设计和优化的基础。提出一种由非线性弹簧组成的、具有空间网状结构的EAP膜超弹性模型,基于能量法推导出其应力变形关系式,并揭示该模型与Ogden模型之间的关系。采用单轴、等双轴拉伸试验分别对相关模型参数进行拟合,利用该结果对等双轴、单轴拉伸的受力进行预测和对比分析。根据不同条件拟合出的材料参数进行试验预测时,其结果与实际值存在一定差异,提出对单轴、等双轴拉伸试验数据进行综合拟合的方法。采用综合拟合方法后模型分析精度得到很大提高。分析结果表明,3参数的非线性超弹性模型能较准确描述两种试验条件下的EAP膜应力变形关系,模型参数的拟合数据宜选与其工作条件相近的试验方法获取。     

A study on the control of an IPMC actuator using an adaptive fuzzy algorithm

The Ionic Polymer Metal Composite (IPMC) is one of the electroactive polymers (EAP) that was shown to have potential application as an actuator. It bends by applying a low voltage current (1–3 V) to its surfaces when containing water. In this paper, the basic characteristics and the static & dynamic modeling of IPMC is discussed. In modeling and analysis, the equations of motion, which describe the total dynamics of the system, are driven. To control the position of the IPMC actuator, an adaptive fuzzy algorithm is used. IPMC is a time varying system because the some parameters vary with the passage of time. In this paper, the modeling and control of IPMC is introduced.     

介电弹性体线性驱动器研究

为满足未来机电系统对新型驱动器的需求,研究菱形介电弹性体线性驱动器。在分析驱动器工作原理的基础上,通过驱动器力—位移曲线和预载荷关系的分析,确定弹性预载荷元件。驱动器通电后能迅速响应,线性位移达到21 mm,弹性体面积变化率达到98%;驱动器失电后能迅速退回,最终退回到初始位置。通过试验分析电压和负载对驱动器的影响,试验表明：驱动器输出位移取决于电压;负载在驱动器输出力范围内对输出位移影响不大,但会影响其运动速度。并根据驱动器的特点,指出驱动器的应用范围。     

功能梯度压电驱动器的结构设计、制备与功能验证

本文作者在以前的研究中,提出了一种新型的功能梯度驱动器。在此基础上,本文设计并制备了该驱动器,建立了理论模型,并对驱动器的性能进行了测试。这种新型功能梯度驱动器由4种基于Pb(Ni1/3Nb2/3)O3－PbZrO3－PbTiO3系列的材料复合而成,且四层材料的压电常数和介电常数在厚度方向上的梯度变化相反,这种梯度结构能够使得驱动器结构内部的应力分布优于传统弯曲驱动器。为了对驱动器进行优化设计,作者利用经典复合材料力学和压电方程建立了功能梯度压电驱动器的理论模型,并计算了不同厚度配比的驱动器受电压和自由端集中力单独作用时的准静态变形和应力分布。通过分析驱动器的内部应力确定了最优厚度配比。根据优化结果成功制备了功能梯度压电驱动器,并测量了驱动器自由端输出位移与输出力的关系。测量结果表明：功能梯度压电弯曲驱动器的输出位移和输出力呈线性关系,并且频率越低,输出位移和力就越大。     

Modelling and testing of a dielectic electro-active polymer (DEAP) actuator for active vibration control

Passive vibration absorbers are really effective only at the tuned frequency. This limit is overcome by adaptive absorbers which offer the possibility to adjust their behaviour according to needs. The paper focuses on a smart actuator for vibration control made up by a dielectric electro-active polymer (DEAP). The DEAP is obtained constraining a silicone corrugated sheet between two silver layers and it is manufactured by Danfoss Polypower A/S. The actuator is fabricated by rolling the DEAP sheet in a cylindrical and core-free shape. The paper describes the static and dynamic characterizations of the actuator. A theoretical model is developed by considering the actuator as a multi-elements model. Moreover, a modal test of the actuator is performed driving it with an electro-dynamic shaker in a frequency range up to 1 kHz. A good agreement between theoretical and experimental data is obtained at lower frequencies. Stiffness and damping laws of the actuator are determined by fitting theoretical expectations and test results. The actuator is proved useful for controlling vibrations at low frequencies because it shows internal resonances at frequencies above 75 Hz. Finally, first results about the use of the DEAP actuator for vibration control of harmonic excitations in a band-limited frequency range below 10 Hz are reported.     

Temporal evolution in a dissipative air-coupled spherical dielectric elastomer actuator

Journal of Mechanical Science and Technology - A viscoelastic model is developed for a dissipative Thin spherical dielectric elastomer actuator (TSDEA), with which the air-coupled effect and the...