基于3D打印的水凝胶软体驱动器研究
发布时间：2021-07-15 12:30
在人造肌肉、软体机器人等领域,可以响应诸如温度、湿度、电场、磁场、pH等环境变化并产生形变的智能型软体材料备受关注。其中智能型水凝胶材料,其可以在受到外界环境（如温度、湿度、电场、磁场、pH、光）刺激时可以发生溶胀或者收缩等变形行为,同时其具备环境相容性好,易于驱动和生物相容性好等特点,已被广泛应用于软体机器人领域。在智能型水凝胶软体驱动器研究领域,水凝胶软体驱动器通常是通过模具浇筑、挤出式打印以及光刻图案法等方式制造。这些加工工艺无法进行复杂水凝胶软体驱动器制造。为了克服这个难点,本文使用光固化3D打印技术进行水凝胶软体驱动器研究。相比于传统加工工艺,光固化3D打印具备单次打印成型速度快,可成型复杂结构以及成型精度高等优势。本文采用电响应水凝胶材料,结合光固化3D打印技术进行软体驱动器研究。本文从电响应水凝胶电致变形机理、电响应水凝胶材料制备及其表征、水凝胶材料光固化3D打印、电响应水凝胶软体驱动器设计及实验等方面展开研究,具体研究内容及结论如下:（1）分析电响应水凝胶电致变形机理,制备出可以应用于光固化3D打印的聚乙二醇二丙烯酸酯/聚丙烯酸共聚水凝胶。搭建水凝胶光固化3D打印系统,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气动软体驱动器
- 6 -a) 液压仿生鱼尾图 1-2 液动软体驱动器（3）形状记忆合金驱动按照原理形状记忆合金（SMA）可以分为温控与磁控两种类别。SMA 软体驱动器主要采用温控型 SMA 材料制作驱动器，磁控性的研究尚不成熟，应用较少。温控性 SMA 材料是一种能够在受低温形状的智能合金材料。目前研究者多使用 SMA 的单根或者设计软体驱动器的驱动器，为软体驱动器提供变形与驱动力。SM力较低，稳定性差，散热慢等问题。针对该问题韩国首尔大学的 We提出来一种新型的由合金管以及 SMA 丝与软体本体组成的驱动器具备良好的变形保持能力，解决了传统 SMA 材料与软材料结动器稳定性差的问题。同时还有学者研发出一种片状软体 SMA 驱
c) SMA 仿生蝠 d) SMA 手爪图 1-3 SMA 驱动器圣安娜高级学院的 A. Menciassi 等人首先将 SMA 应用于软体仿生中。A. Menciassi 的团队[21]使用 SMA 材料仿照自然界中蚯蚓的运将 SMA 驱动材料与软体硅橡胶材料做成环状并串联在一起仿照蚯。通过各节驱动器的协调配合，实现蠕动动作，该仿蚯蚓软体驱动速度可以达到 0.22mm/s。类似的中国科学技术大学 Yong Du 等[22 材料通过模仿自然界中爬行动物的方式研发出一款软体驱动器 Go人，如图 1-3（a）所示，该机器人可以实现速度约为 26.7mm/s 的运首尔大学的 Hugo Rodrigue 等人[23]使用 SMA 导线结合 PDMS 弹性出一种可以弯曲的致动器，并使用该驱动单元开发出柔性手爪驱动可靠地抓取重物,如图 1-3（b）所示。哈尔滨工业大学的 Zhen long SMA 材料设计一种震荡胸鳍驱动器并开发了一种无线微型仿生蝠器[24]。如图 1-3（c），该软体驱动器可以在水中快速的游动并实现向功能。根据实验测试，该仿生蝠软体驱动器最大游泳速度可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人的设计与制造[J]. 胡兵兵,金国庆. 机器人. 2018(05)
[2]激光固化快速成型的工作台设计[J]. 张海强,刘玉鹏,李耀棠. 机械设计与制造. 2012(10)
[3]一种新型的胸鳍摆动模式推进机器鱼设计与实现[J]. 杨少波,韩小云,张代兵,邱静. 机器人. 2008(06)
[4]基于面曝光的快速成型技术——西安交通大学制造系统工程国家重点实验室 工学博士 王伊卿[J]. 航空精密制造技术. 2008(04)
[5]微细光成型固化工艺参数优化[J]. 王翔,赵钢,马德盛,黄文浩. 光学精密工程. 2007(04)
硕士论文
[1]大摆幅变截面柔性仿生机器鱼的研究[D]. 聂东豪.哈尔滨工业大学 2017
[2]3D打印驱动电路设计及文件切片算法研究[D]. 杨猛.北京印刷学院 2014
[3]温度和pH双重响应性水凝胶的制备及其药物控制释放研究[D]. 潘婷婷.中国科学技术大学 2011
本文编号：3285710
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气动软体驱动器
- 6 -a) 液压仿生鱼尾图 1-2 液动软体驱动器（3）形状记忆合金驱动按照原理形状记忆合金（SMA）可以分为温控与磁控两种类别。SMA 软体驱动器主要采用温控型 SMA 材料制作驱动器，磁控性的研究尚不成熟，应用较少。温控性 SMA 材料是一种能够在受低温形状的智能合金材料。目前研究者多使用 SMA 的单根或者设计软体驱动器的驱动器，为软体驱动器提供变形与驱动力。SM力较低，稳定性差，散热慢等问题。针对该问题韩国首尔大学的 We提出来一种新型的由合金管以及 SMA 丝与软体本体组成的驱动器具备良好的变形保持能力，解决了传统 SMA 材料与软材料结动器稳定性差的问题。同时还有学者研发出一种片状软体 SMA 驱
c) SMA 仿生蝠 d) SMA 手爪图 1-3 SMA 驱动器圣安娜高级学院的 A. Menciassi 等人首先将 SMA 应用于软体仿生中。A. Menciassi 的团队[21]使用 SMA 材料仿照自然界中蚯蚓的运将 SMA 驱动材料与软体硅橡胶材料做成环状并串联在一起仿照蚯。通过各节驱动器的协调配合，实现蠕动动作，该仿蚯蚓软体驱动速度可以达到 0.22mm/s。类似的中国科学技术大学 Yong Du 等[22 材料通过模仿自然界中爬行动物的方式研发出一款软体驱动器 Go人，如图 1-3（a）所示，该机器人可以实现速度约为 26.7mm/s 的运首尔大学的 Hugo Rodrigue 等人[23]使用 SMA 导线结合 PDMS 弹性出一种可以弯曲的致动器，并使用该驱动单元开发出柔性手爪驱动可靠地抓取重物,如图 1-3（b）所示。哈尔滨工业大学的 Zhen long SMA 材料设计一种震荡胸鳍驱动器并开发了一种无线微型仿生蝠器[24]。如图 1-3（c），该软体驱动器可以在水中快速的游动并实现向功能。根据实验测试，该仿生蝠软体驱动器最大游泳速度可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人的设计与制造[J]. 胡兵兵,金国庆. 机器人. 2018(05)
[2]激光固化快速成型的工作台设计[J]. 张海强,刘玉鹏,李耀棠. 机械设计与制造. 2012(10)
[3]一种新型的胸鳍摆动模式推进机器鱼设计与实现[J]. 杨少波,韩小云,张代兵,邱静. 机器人. 2008(06)
[4]基于面曝光的快速成型技术——西安交通大学制造系统工程国家重点实验室 工学博士 王伊卿[J]. 航空精密制造技术. 2008(04)
[5]微细光成型固化工艺参数优化[J]. 王翔,赵钢,马德盛,黄文浩. 光学精密工程. 2007(04)
硕士论文
[1]大摆幅变截面柔性仿生机器鱼的研究[D]. 聂东豪.哈尔滨工业大学 2017
[2]3D打印驱动电路设计及文件切片算法研究[D]. 杨猛.北京印刷学院 2014
[3]温度和pH双重响应性水凝胶的制备及其药物控制释放研究[D]. 潘婷婷.中国科学技术大学 2011
本文编号：3285710
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