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。     

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.     

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.     

基于介电弹性体驱动的仿生象鼻软体驱动器设计分析

在软体机器人的发展过程中,软体驱动器结构简单化、轻量化设计一直是研究热点。受到象鼻结构与驱动原理的启发,设计了一种基于介电弹性体和多孔PDMS材料的仿生软体驱动器。首先对介电弹性体人工肌肉驱动机理进行了分析,并通过驱动变形实验确定了最大形变参数;然后设计了基于多孔PDMS材料的支撑脊柱结构,并通过压缩实验测试了力学性能;最后,通过将介电弹性体包覆在支撑脊柱外层,形成了具有圆柱结构的仿生软体驱动器。驱动实验结果表明,软体驱动器在电压激励下能够获得大角度(最大42°)连续稳定弯曲变形以及较快的响应速度。     

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.     

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。     

新型电致活化材料—介电弹性体的驱动特性研究

为解决微型致动器、人造肌肉、仿生机器人等新型科技研究领域短缺问题,将电活性聚合物材料—介电弹性体应用于新型驱动器研究中,开展了对弹性体材料驱动特性的相关分析.通过实验研究了影响E-ACE材料激活区(电极涂层区域)面积应变的主要因素,以寻找激活区面积应变和这些影响因素之间的关系,进而根据它们之间的关系确定能获得所需激活区...     

介电弹性体无阀微泵设计

无阀微泵原理新颖,但压电式无阀微泵工艺复杂。介电弹性体是具有大变形的智能材料,采用图像处理的方法对其变形特性做了测试,并利用其特殊性能研制了介电弹性体无阀微泵。从流道设计、尺寸、流量和效率3个方面研究了介电弹性体无阀微泵,得到流量为142.12 m L/min,效率为0.738的介电弹性体无阀微泵。其特点是原理新颖、结构简单、流量和效率理想。     

介电弹性体材料研究现状综述

针对目前介电弹性体材料的相关研究进展及存在的问题,在分析介电弹性体特性的基础上,根据其不同种类,研究了硅橡胶、聚氨酯、丙烯酸等材料及复合材料的性质及制备方法;根据介电弹性体的不同用途,分析了近些年其在发电、仿生学、生物医学、光学器件、微系统、航天航空方面的具体应用及其未来发展趋势,并总结了介电弹性体在未来应用中存在薄膜制备、柔性电极材料覆盖绝缘、偏置高压电源限制、降低能量损耗和提高机电转换效率等相关问题,针对这些问题提出了相应的建议及未来发展思路。研究结果表明,介电弹性体具有很广阔的应用前景,但是目前还存在很多技术难点,在弹性体基体材料构成、柔性电极材料优化、自偏置发电、效率优化等方面还要进行更为深入的研究。     

介电弹性体机电性能测试系统的研制

为了能更安全高效地测试介电弹性体的变形和应变,建立了一种介电弹性体机电性能测试系统。首先设计双向材料预拉伸机构,实现对介电弹性体薄膜进行精确的双向预拉伸,接着使用AVR单片机编写的PWM程序给介电弹性体中心的圆形电极区域逐步施加高电压,再使用高性能工业数字摄像机对介电弹性体薄膜的变化进行实时采集。最后用MATLAB编写的程序分别打开各次采集的图像,对所采集图像进行诸如灰度图、二值化、边缘提取、形态学处理等加工,获得介电弹性体中心的圆形电极区域图像面积的变化量,从而得到介电弹性体的机电特性曲线。     

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。     

介电型电活性聚合物圆柱形驱动器的驱动效率

研究了介电型电活性聚合物(DEAP)驱动器的机电能量转换机理、能量损耗和驱动效率。建立了驱动器机电能量转换模型,并通过试验测算了驱动器等效电路的模型参数,分析了电极材料等因素对DEAP相对介电常数的影响。深入研究了驱动器漏电流损耗,试验验证了漏电流对驱动器性能的影响。最后,设计了驱动器驱动试验台,完成了不同行程的准静态驱动试验,数值计算了驱动器的驱动效率。结果表明:由于等效电路电容未参与能量转换,驱动器机电转换效率分别为17.6%和25.6%。低电压、小行程驱动时,试验误差与理论分析误差不超过15%;而高电压、大行程驱动时,DEAP膜的漏电流等非线性因素使其驱动效率变化明显。该结果可为DEAP圆柱形驱动器的优化设计及合理使用提供指导。     

介电弹性体发电机机电转换的非线性方法研究

针对介电弹性体(DEG)研究中存在的"效率"瓶颈问题,对DEG机电能量转换方法进行了研究,提出了一种非线性DEG机电能量转换方法,并通过分析其基本机理,建立了非线性方法的理论模型和Matlab/Simulink仿真模型,对负载电阻值及翻转品质因子对机电转换效率的影响进行仿真。通过优化材料、机械传动结构、电路各元件参数配置及开关通断时间,提高了翻转品质因子Q,减少了电容电感串联形成电压翻转而造成的能量损失,进一步提高了机电效率。研究结果表明,通过对标准机电转换方法和非线性机电转换方法的比较,由于非线性转换环节的作用,使DEG两端电压的振幅大幅度提升,沿电压轴方向扩展了能量环,从而使DEG机电转换效率提高2.5倍;该研究结果对DEG的深入研究具有重要的意义。     

介电弹性体发电的基本原理及在分布式发电中的应用

论述介电弹性体发电的基本原理、目前的研究情况及应用前景.作为发电材料,介电弹性体与其他发电材料比较,其具有材料价格便宜、容易制造且质地柔顺,特别适合于诸如利用风及海浪等大动作进行发电的场合.     

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。     

新型压电精密步进旋转驱动器研究

提出了一种新型的压电精密步进旋转驱动器.该驱动器根据仿生运动原理,以压电陶瓷叠堆为动力源,采用定子内侧箝位的方式和薄壁柔性铰链微变形结构,提高了箝位的稳定性和步进旋转的稳定性.通过静力学有限元分析和动力学分析,较深入地研究了该驱动器的运动特性.研究结果表明,该驱动器具有高频率(40 Hz),较高速度(325μrad/s),大行程(＞360°),高分辨率(1μrad/step),较大驱动力(30 N·cm)等特点,提高了压电精密步进旋转驱动器的驱动性能,在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程领域有广阔的应用前景.     

介电型EAP驱动的伸缩移动机器人研究

以介电型EAP为驱动材料,设计、制作了一种结构紧凑的圆柱形驱动器.模仿自然界无足爬行生物的运动机理,设计了基于该驱动器的可伸缩移动机器人,实现机器人的向前伸缩运动,验证了该介电型EAP驱动器在该类型机器人中的实用性.