热—力耦合作用下柔性腔体致动及运动控制研究

发布时间：2020-12-31 08:36

　　热力耦合作为软体机器人的一种致动方式,在较低的驱动电压或电流下即可产生相当大的宏观致动,其驱动力和可移动性较强。本课题在对软体生物运动学研究的基础上,提出了一种直线运动的柔性腔体,并对柔性腔体的设计、制作、驱动和控制策略进行了研究。首先,通过对软体生物蛇的直线运动原理进行分析,设计了一种柔性腔体。柔性腔体采用热力耦合的致动方式,不仅可以实现直线运动,还能够主动识别障碍物并及时调整运动策略。模具设计采用部分铸模再组合的方式,先分别设计腔体和底的模具并利用3D打印技术打印,然后按制作方案完成了柔性腔体的制作。其次,利用无水乙醇对柔性腔体的腔体材料进行了改性,使柔性腔体在更低的驱动电压或电流下产生更大的变形。研究了改性后硅胶/无水乙醇复合材料的表面形貌及力学特性,确定了复合材料的最佳配比。探索了柔性腔体的形变行为,同时利用ABAQUS分析并揭示了腔体隔断数量、各处壁厚、隔断宽度、隔断深度对柔性腔体变形的影响规律。最后,对柔性腔体的热力耦合进行了分析,确定了热力耦合致动方式的可行性,研究了柔性腔体的致动原理,并依据柔性腔体的结构和行进条件,分析理想状态下的柔性腔体在周期性通断电时的运动过程。设... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 软体机器人国内外研究现状
        1.2.1 流体致动
        1.2.2 物理致动
        1.2.3 化学致动
        1.2.4 其他致动方式
    1.3 软体机器人目前面临的挑战和未来发展趋势
        1.3.1 致动方式
        1.3.2 软体材料
        1.3.3 建模技术
        1.3.4 控制技术
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 柔性腔体的设计与制备
    2.1 引言
    2.2 柔性腔体的结构设计
        2.2.1 柔性腔体设计思想
        2.2.2 驱动方式的选择
        2.2.3 柔性腔体结构设计方案
    2.3 柔性腔体的材料选择
        2.3.1 主体材料的选择
        2.3.2 热源材料的选择
    2.4 柔性腔体的制备方法
        2.4.1 基于3D打印的模具制作方法
        2.4.2 柔性腔体的制备过程
    2.5 本章小结
第三章 柔性腔体的力学性能和参数影响规律
    3.1 引言
    3.2 腔体材料的改善与表征
        3.2.1 腔体材料的改善
        3.2.2 复合材料的微观表征
        3.2.3 力学性能测试
    3.3 基于Yeoh模型的腔体形变分析
        3.3.1 Yeoh模型
        3.3.2 腔体形变分析
    3.4 柔性腔体的仿真方法
        3.4.1 ABAQUS软件简介
        3.4.2 材料参数
    3.5 柔性腔体的仿真分析
        3.5.1 腔体隔断数量对腔体变形的影响
        3.5.2 腔体壁厚对腔体变形的影响
        3.5.3 腔体隔断宽度对腔体变形的影响
        3.5.4 腔体隔断深度对腔体变形的影响
        3.5.5 腔体的应力分布
    3.6 本章小结
第四章 柔性腔体的热力耦合分析与运动控制研究
    4.1 引言
    4.2 柔性腔体的热力耦合分析
        4.2.1 柔性腔体的热力耦合模型
        4.2.2 腔体固定体积内温度与压强关系
        4.2.3 柔性腔体运动原理分析
        4.2.4 柔性腔体周期运动分析
    4.3 柔性腔体的控制系统研究
        4.3.1 控制系统的整体设计
        4.3.2 主要硬件模块
        4.3.3 控制系统接线图
        4.3.4 控制程序
    4.4 柔性腔体的运动实验研究
        4.4.1 柔性腔体直线运动响应电流的实验研究
        4.4.2 柔性腔体直线运动响应时间的实验研究
        4.4.3 柔性腔体爬坡运动实验研究
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 论文总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]气动软体爬行机器人驱动方式的分析与实验[J]. 隋立明,刘亭羽,席作岩.  液压与气动. 2018(11)
[2]气动驱动器种类及特点[J]. 彭贺,刘洪波.  吉林化工学院学报. 2017(03)
[3]软体机器人结构机理与驱动材料研究综述[J]. 李铁风,李国瑞,梁艺鸣,程听雨,杨栩旭,黄志龙.  力学学报. 2016(04)
[4]新型电智能材料—电致动聚合物[J]. 俞洛伊,刘茜,廖发,马鑫,邱昱琛.  黑龙江纺织. 2015(01)
[5]橡胶类超弹性本构模型中材料参数的确定[J]. 燕山,王伟.  橡胶工业. 2014(08)
[6]软体机器人的分类与加工制造研究[J]. 尤小丹,宋小波,陈峰.  自动化仪表. 2014(08)
[7]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕.  自动化学报. 2013(07)
[8]软体机器人研究现状综述[J]. 曹玉君,尚建忠,梁科山,范大鹏,马东玺,唐力.  机械工程学报. 2012(03)
[9]伸长型气动人工肌肉轴向力学特性分析[J]. 张贵兰,耿德旭,刘晓敏,张金涛.  机械工程师. 2010(12)
[10]基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的超弹性橡胶材料有限元分析[J]. 黄建龙,解广娟,刘正伟.  橡胶工业. 2008(08)

硕士论文
[1]典型气动柔性执行器的设计建模与应用[D]. 韩鹰.哈尔滨工业大学 2018



本文编号：2949311