介电型EAP柔性运动单元特性分析

发布时间：2017-10-24 06:39

  本文关键词：介电型EAP柔性运动单元特性分析

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【摘要】：介电型EAP(Electro-active Polymer)在电场作用下,具有变形大、响应速度快、能量密度高等优良性能,具有良好的类生物特性。本文以介电型EAP柔性单元为研究对象,对其动力学进行建模分析,为其今后在仿生领域的应用打下理论基础。结合介电型EAP的超弹性本构方程,对介电型EAP柔性单元进行静力分析,得到了弹簧刚度设计的计算方法,可用于弹簧刚度参数的选择。利用几何精确梁理论(GEBT),结合旋量描述法,建立了介电型EAP柔性单元的连续性运动学模型;并利用旋量形式的牛顿-欧拉方程,推导了其正向动力学方程。结合介电型EAP的粘弹性机电耦合方程,分析了其在MATLAB中运动数值仿真的流程及边值条件;其微分方程在MATLAB中用有限差分法进行数值求解。利用介电型EAP柔性单元,构建了一种可移动的运动单元。将柔性单元所受的外力及惯性力均等效到头部截面的坐标系中,建立了其移动动力学方程。利用拉格朗日方程,推导了该运动单元车轮的动力学方程。通过仿真得到了柔性单元伸缩模型在阶跃电压、正弦电压、斜坡电压下的动态响应。仿真结果表明,通电频率为3Hz时,柔性单元具有最大响应位移15.5mm。根据采集到的柔性单元上的实际电压值,拟合得到了其充放电的时间常数。对运动单元在不同频率下的伸缩步态进行了仿真,仿真结果与试验结果均表明其在通电频率为1Hz时具有最大平均速度。
【关键词】：介电型EAP 柔性运动单元 几何精确梁理论 动力学
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究意义12-15
• 1.1.1 软驱动机器人的研究意义12-13
• 1.1.2 介电型EAP软驱动的研究意义13-15
• 1.2 研究现状15-19
• 1.2.1 软驱动机器人15-18
• 1.2.2 软驱动机器人动力学18-19
• 1.3 本文主要工作内容19-21
• 第二章 介电型EAP柔性单元设计与制作21-30
• 2.1 介电型EAP膜的工作原理21
• 2.2 介电型EAP机电耦合方程21-23
• 2.3 介电型EAP粘弹性模型23-24
• 2.4 介电型EAP柔性单元设计24-28
• 2.4.1 电极图案的设计25-26
• 2.4.2 弹簧刚度的设计26-28
• 2.5 介电型EAP柔性单元制作28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 介电型EAP柔性单元建模分析30-47
• 3.1 介电型EAP柔性单元的连续性建模30-32
• 3.1.1 刚体运动描述30-32
• 3.1.2 柔性单元的连续性模型32
• 3.2 介电型EAP柔性单元的动力学分析32-38
• 3.2.1 运动学方程32-35
• 3.2.2 几何相容方程35-36
• 3.2.3 动力学方程36-38
• 3.3 介电型EAP柔性单元的受力分析38-44
• 3.3.1 伸缩模型38-40
• 3.3.2 弯曲模型40-44
• 3.4 介电型EAP柔性单元的数值仿真44-46
• 3.4.1 伸缩模型的数值解法45
• 3.4.2 弯曲模型的数值解法45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 介电型EAP柔性运动单元建模分析47-56
• 4.1 介电型EAP柔性运动单元实现47
• 4.2 介电型EAP柔性运动单元移动动力学分析47-48
• 4.3 运动单元运动分析48-55
• 4.3.1 伸缩步态48-51
• 4.3.2 弯曲步态51-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 介电型EAP柔性运动单元的仿真与实验56-66
• 5.1 柔性单元的伸缩仿真56-57
• 5.2 柔性运动单元的控制系统57-58
• 5.3 柔性运动单元运动实验与分析58-64
• 5.3.1 运动单元实际电压拟合58-60
• 5.3.2 运动单元的伸缩步态60-64
• 5.3.3 运动单元的弯曲步态64
• 5.4 本章小结64-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文72

【参考文献】

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1 李光林;郑悦;吴新宇;胡颖;方鹏;熊t，

本文编号：1087536