基于介电高弹体（DE）的致动器研究与设计
发布时间：2021-04-19 09:48
对于许多新兴的机电一体化应用,传统机械设计中常用的致动器如电机减速器、气压驱动等,由于其结构复杂,需要组装且各部件易磨损等原因,使得电机减速器等驱动方式在小型化、机器人等尺寸受限领域已经难以满足要求,寻找合适的致动器成为关键问题。介电高弹体（Dielectric Elastomer,简称DE）作为能在高电压下产生大变形的柔性智能材料,由于其是柔性高分子薄膜材料,可以很方便地根据结构尺寸和形状需求设计合适的致动器;DE材料凭借其柔韧性好、响应速度快、能量转化率高等特性,与电磁阀或气缸的驱动方式相比可以作为一种更节能、更轻、更低成本的致动器解决方案。但材料自身具有严重的非线性,变形理论也缺乏系统化的研究,所以要实现DE材料的最佳性能,必须确定材料几何结构和性能之间的关系。本文完成的主要工作如下:（1）研究了国内外基于热力学模型的DE材料电致变形力电耦合模型,使用Yeoh模型和Gent模型分析了DE材料在电压和预拉伸载荷下的应力应变曲线,为后续工作提供理论支撑。根据仿真结果搭建双轴拉伸平台,设计控制系统和数据采集模块测定模型参数,进行直流电压加载实验并分析致动器撕裂失效、电致失稳的原因,测试...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 介电高弹体简介
1.3 国内外软体致动器研究现状
1.4 柔顺机构简介及其与智能材料的兼容性
1.5 本文的研究内容及结构安排
第二章 DE材料性能研究
2.1 基于热力学原理的DE材料电致变形模型
2.2 DE薄膜拉伸实验
2.2.1 设计搭建双轴拉伸机
2.2.2 双轴拉伸机的控制程序
2.3 实验数据测量与分析
2.3.1 拉伸实验及仿真分析
2.3.2 失效形式分析
2.4 DE材料的动力学分析
2.5 本章小结
第三章 DE锥形致动器制作测试及改进
3.1 锥形致动器设计制作及测试
3.1.1 致动器制作流程
3.1.2 简化致动器模型分析
3.1.3 DE致动器测量实验
3.1.4 致动器外载改进
3.2 锥形致动器几何分析模型改进
3.3 失效形式分析
3.4 结合双稳态模型改进分析
3.5 本章小结
第四章 基于DE致动器的应用
4.1 基于DE致动的仿生鱼设计
4.1.1 胸鳍设计制作
4.1.2 尾鳍设计制作
4.2 基于DE致动的爬行机器人
4.2.1 菱形柔性外框设计及分析
4.2.2 模型分析
4.2.3 实物制作及测试
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 研究工作展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下软体机器人柔性驱动方式及其仿生运动机理研究进展[J]. 傅珂杰,曹许诺,张桢,刘先卫,李国瑞,梁艺鸣,李铁风. 科技导报. 2017(18)
[2]医疗康复机器人研究进展及趋势[J]. 李光林,郑悦,吴新宇,胡颖,方鹏,熊璟,夏泽洋,王灿. 中国科学院院刊. 2015(06)
[3]介电弹性体最近的一些研究进展[J]. 杨丹,田明,李栋栋,戈风行,张立群. 功能材料信息. 2012(06)
[4]全柔性微位移放大机构的设计与分析[J]. 吴国昌,邱丽芳,段磊,谢之勇. 机械设计与制造. 2011(01)
[5]THEORY OF DIELECTRIC ELASTOMERS[J]. Zhigang Suo (School of Engineering and Applied Sciences,Kavli Institute for Nanobio Science and Technology,Harvard University,Cambridge,MA 02138,USA). Acta Mechanica Solida Sinica. 2010(06)
[6]基于三角原理的压电驱动微位移定位机构的设计与分析[J]. 杜习波,陈西平,张斌,毛慧珍. 现代机械. 2009(05)
[7]压电双晶片作为驱动的精密定位机构研究[J]. 张斌,陈西平,浮红霞,杜习波. 机械与电子. 2009(06)
博士论文
[1]柔顺机构中几何非线性变形问题的精确建模方法研究[D]. 马付雷.西安电子科技大学 2016
[2]基于平面连杆构型的多稳态柔顺机构综合与设计方法[D]. 勾燕洁.西安电子科技大学 2015
[3]圆柱形介电型EAP驱动器特性研究[D]. 罗华安.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]基于介电弹性体智能软材料的能量收集理论研究与器件设计[D]. 吕雄飞.哈尔滨工业大学 2014
[2]介电型EAP驱动弹跳机器人研究[D]. 栾云广.南京航空航天大学 2011
本文编号：3147319
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 介电高弹体简介
1.3 国内外软体致动器研究现状
1.4 柔顺机构简介及其与智能材料的兼容性
1.5 本文的研究内容及结构安排
第二章 DE材料性能研究
2.1 基于热力学原理的DE材料电致变形模型
2.2 DE薄膜拉伸实验
2.2.1 设计搭建双轴拉伸机
2.2.2 双轴拉伸机的控制程序
2.3 实验数据测量与分析
2.3.1 拉伸实验及仿真分析
2.3.2 失效形式分析
2.4 DE材料的动力学分析
2.5 本章小结
第三章 DE锥形致动器制作测试及改进
3.1 锥形致动器设计制作及测试
3.1.1 致动器制作流程
3.1.2 简化致动器模型分析
3.1.3 DE致动器测量实验
3.1.4 致动器外载改进
3.2 锥形致动器几何分析模型改进
3.3 失效形式分析
3.4 结合双稳态模型改进分析
3.5 本章小结
第四章 基于DE致动器的应用
4.1 基于DE致动的仿生鱼设计
4.1.1 胸鳍设计制作
4.1.2 尾鳍设计制作
4.2 基于DE致动的爬行机器人
4.2.1 菱形柔性外框设计及分析
4.2.2 模型分析
4.2.3 实物制作及测试
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 研究工作展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下软体机器人柔性驱动方式及其仿生运动机理研究进展[J]. 傅珂杰,曹许诺,张桢,刘先卫,李国瑞,梁艺鸣,李铁风. 科技导报. 2017(18)
[2]医疗康复机器人研究进展及趋势[J]. 李光林,郑悦,吴新宇,胡颖,方鹏,熊璟,夏泽洋,王灿. 中国科学院院刊. 2015(06)
[3]介电弹性体最近的一些研究进展[J]. 杨丹,田明,李栋栋,戈风行,张立群. 功能材料信息. 2012(06)
[4]全柔性微位移放大机构的设计与分析[J]. 吴国昌,邱丽芳,段磊,谢之勇. 机械设计与制造. 2011(01)
[5]THEORY OF DIELECTRIC ELASTOMERS[J]. Zhigang Suo (School of Engineering and Applied Sciences,Kavli Institute for Nanobio Science and Technology,Harvard University,Cambridge,MA 02138,USA). Acta Mechanica Solida Sinica. 2010(06)
[6]基于三角原理的压电驱动微位移定位机构的设计与分析[J]. 杜习波,陈西平,张斌,毛慧珍. 现代机械. 2009(05)
[7]压电双晶片作为驱动的精密定位机构研究[J]. 张斌,陈西平,浮红霞,杜习波. 机械与电子. 2009(06)
博士论文
[1]柔顺机构中几何非线性变形问题的精确建模方法研究[D]. 马付雷.西安电子科技大学 2016
[2]基于平面连杆构型的多稳态柔顺机构综合与设计方法[D]. 勾燕洁.西安电子科技大学 2015
[3]圆柱形介电型EAP驱动器特性研究[D]. 罗华安.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]基于介电弹性体智能软材料的能量收集理论研究与器件设计[D]. 吕雄飞.哈尔滨工业大学 2014
[2]介电型EAP驱动弹跳机器人研究[D]. 栾云广.南京航空航天大学 2011
本文编号：3147319
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3147319.html
