基于介电型EAP的地面移动机器人研究
本文选题：介电型EAP + 圆柱形驱动单元 ； 参考：《南京航空航天大学》2017年硕士论文
【摘要】：介电型EAP(Electro-active Polymer)是一种电活性聚合物,在电压作用下能产生变形,具有应变大、柔性好和能量密度高等优点。论文以介电型EAP为驱动材料,通过二自由度圆柱形驱动单元的设计与分析,实现一种可伸缩与弯曲运动的地面移动机器人,在仿生机器人领域具有潜在的应用前景。对驱动单元输出力增加的方法进行分析,确定采用增大卷绕直径的方案。据此设计、实现了新的EAP膜双轴预拉伸机,实验表明该设备可实现更大面积的EAP预拉伸。对圆柱形驱动单元的结构进行改进,分析确定单元的基本参数。通过对驱动单元制作实验完善制作工艺,以解决电极错位等问题。对驱动单元进行电压测试,结果表明:该驱动单元工作可靠,能产生线性伸缩和弯曲运动,在5 kV时的输出位移和角度分别为26.88 mm和90°。建立圆柱形驱动单元的线性和弯曲运动动态模型,通过求解得到驱动单元的线性位移和弯曲角度的动态输出,对驱动单元进行阶跃和方波输入信号的动态响应试验,试验与分析结果较为吻合。基于该驱动单元,设计了单驱动单元和双驱动单元地面移动机器人。在室内试验的基础上,进行了机器人在野外地面(草地和混凝土地面)的伸缩与弯曲运动试验。结果表明:机器人可以在野外地面以伸缩和弯曲方式前进,单驱动单元和双驱动单元机器人移动速度为3.25mm/s和2.69mm/s,并分析了影响运动速度的原因。
[Abstract]:Dielectric EAP(Electro-active Polymer is a kind of electrically active polymer, which can produce deformation under the action of voltage, and has the advantages of large strain, good flexibility and high energy density. In this paper, the dielectric EAP is used as the driving material. Through the design and analysis of the cylindrical driving unit with two degrees of freedom, a kind of ground mobile robot with flexible and bending motion is realized, which has potential application prospect in the field of bionic robot. The method of increasing the output force of the drive unit is analyzed, and the scheme of increasing the winding diameter is determined. Based on this, a new EAP film biaxial pretension machine is designed and realized. The experiment shows that the device can realize a larger area of EAP pretension. The structure of the cylindrical drive unit is improved and the basic parameters of the unit are analyzed and determined. In order to solve the problem of electrode dislocation, the fabrication process of driving unit is improved by experiments. The results show that the drive unit works reliably and can produce linear stretching and bending motion. The output displacement and angle are 26.88 mm and 90 掳at 5 kV, respectively. The dynamic model of linear and bending motion of cylindrical drive unit is established. The dynamic response of step and square wave input signal is tested by solving the dynamic output of linear displacement and bending angle of driving unit. The experimental results are in good agreement with the analysis results. Based on the drive unit, a single drive unit and a dual drive unit ground mobile robot are designed. On the basis of indoor experiments, the stretching and bending motions of the robot in the field (grass and concrete ground) were tested. The results show that the robot can move forward in a telescopic and bending manner on the ground in the field. The moving speed of the robot with single drive unit and double drive unit is 3.25mm/s and 2.69 mm / s, and the reasons that affect the moving speed are analyzed.
【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】：2017
【分类号】：TP242
【参考文献】
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，本文编号：1789916
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