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。     

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.     

基于介电弹性体的旋转步进柔性驱动器

为了适应未来小型自动化机器的驱动需求,设计并实现了一种基于单层介电弹性体薄膜的旋转步进柔性驱动器。相对于传统双轴拉伸装置,自制的八爪拉伸装置使介电弹性体薄膜的预拉伸更均匀。测试了不同预拉伸量下介电弹性体驱动器的最大形变量,确定了制作驱动单元所需的介电弹性体薄膜最佳的预拉伸量。最终通过合理的设计将棘轮机构和驱动单元相结合实现了旋转步进柔性驱动。由于介电弹性体驱动器存在迟滞现象,导致驱动器的步进频率会随着负载质量的增大而减小。通过调节驱动信号的频率,可以改变驱动器的负载能力及步进频率。试验结果表明,当驱动电压为4.53 kV,空载时驱动器步进频率最高可达2.3 Hz;负载时,最大负载为263 g,即峰值扭矩为13.15 mN·m,此时步进频率降至0.22 Hz。     

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.     

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。     

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。     

Performance Investigation of Cone Dielectric Elastomer Actuator Using Taguchi Method

Dielectric elastomer actuator (DEA) show promise for mechatronic applications due to the advantages of dielectric elastomer, such as lightweight, flexible, low cost, high strain, etc, and many configurations of DEAs have been demonstrated. As a kind of linear actuator, cone DEAs are studied in some laboratory prototypes due to easy manufacturing, however, their performance have not been exploited fully. Based on the working principle of DEA, a four-bar linkage mechanism is designed to provide negative stiffness preload, which can increase displacement output of actuator (outer diameter 100 mm) to 17 mm. Three cone actuating units are assembled in parallel to enhance the maximum force output to 5.07 N. Loading experiments of actuator in forward and backward strokes are performed, the experimental results show that backward stroke has stronger actuating capability than forward stroke, accordingly application of actuator is recommended. Four factors rather than applied voltage, i.e., number of actuating units, pre-stretch ratio, inner diameter, and outer diameter, are determined as influencing factors for Taguchi method. Then the performance objectives of actuator, i.e., displacement output, maximum force output, and maximum work in backward stroke, are investigated based on L9(34) Taguchi orthogonal design. The mean signal-to-noise (S/N) ratio based on the larger-the-better criterion is calculated according to the acquired displacement and force output. Analytical results show that outer diameter has the most significant influence on displacement output, and maximum force out and work output are influenced most by number of actuating units. Inner diameter also has an important effect on the performance objectives of actuator, while pre-stretch ratio has the least influence. The proposed performance investigation is helpful for the design and application of cone actuator in mechatronic system.     

电场活化聚合物驱动器动态机电耦合特性研究

通过分析电场活化聚合物材料的力学行为理论,建立了基于常见应变能函数（Mooney-Rivlin模型、Ogden模型和Yeoh模型）的电场活化聚合物驱动器的机电耦合本构模型。通过驱动实验,将3种机电耦合模型结果与实验数据进行了对比分析,得出影响电场活化聚合物机电稳定性的重要因素,确定了最适用于电场活化聚合物的机电耦合性能行为的模型。     

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.     

基于电场活化聚合物的一维伸缩致动器设计

电场活化聚合物一维伸缩致动器是一种能够将电能直接转化为直线运动的装置,可应用于机器人等方面.文中以HN-1110T型DE材料的Ogden本构模型为基础,以卷筒型一维伸缩致动器为设计对象,探索可靠的电场活化聚合物一维伸缩致动器设计方法.     

新型高效电磁作动器的研制及特性分析

研制了一种应用于发动机振动主动控制系统的新型高效电磁作动器。介绍了作动器的结构原理，对作动器的磁场进行了计算，利用Ansys软件对其弹簧刚度进行了分析。将作动器的力传递模型简化为单自由度振动系统，计算了作动器的作动力，通过Matlab仿真软件对其力传递特性进行了仿真分析。以正弦信号输入对作动器的作动特性进行了试验，结果表明，试验分析和仿真分析比较吻合，作动器作动力大，性能良好，可以很好地应用于发动机的振动主动控制。     

振动力场强化热塑性弹性体性能研究

采用DSC、X射线衍射、TGA和FT-IR对稳态与动态条件下加工的TPE试样的结晶行为、热性能、相容性及其形态结构进行了测试,实验分析结果表明,振动力场的引入可以提高动态硫化EPDM/PP共混物的融熔温度和制品的耐热性能,结晶组分PP的结晶度降低。振动力场强化了EPDM与PP两相间的结合,使得大分子链段发生断裂和分解所需温度增大,提高了TPE的热稳定性能。随着振动强度的增加,最大失重速率温度升高,最大失重率减小,振动力场对EPDM与PP两相之间大分子链段的相互渗透与缠结作用增强,EPDM与PP非晶区的相容性提高,从而改善了TPE的性能。     

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。