聚合物螺旋卷绕型人工肌肉的力学特性研究与应用

发布时间：2021-10-19 18:22

　　人工肌肉是一种柔性驱动器,可以产生类似生物肌肉的长度收缩与恢复的动作输出,在连续体机器人、仿生机器人、可穿戴设备等领域具有很高的应用价值。聚合物螺旋卷绕型人工肌肉是一种基于聚合物材料纤维经过加捻卷绕而成的螺旋线圈状新型人工肌肉,具有迟滞效应小、循环寿命长、原材料和制作成本低、能量密度高、可输出变形量大等特点,在柔性驱动领域应用前景广阔。本文以聚合物螺旋卷绕型人工肌肉为研究对象,总结不同类型、驱动形式的人工肌肉的制作方法与制作过程;搭建了一种多功能人工肌肉的制作平台,利用这种平台可以快速、简单可重复的制作同手性人工肌肉;对制作人工肌肉的参数与制成的人工肌肉几何尺寸参数进行了测量与分析。针对人工肌肉的几何模型,解释了人工肌肉在从普通的直线原线制作为螺旋线圈形的过程中发生的几何变化;从聚合物材料受热时形变的各向异性角度出发,解释了人工肌肉的热驱动机理和手性不同的人工肌肉长度规律;使用单位载荷法,建立人工肌肉在温度变化后的宏观静力结构形变模型。建立了人工肌肉的静力学模型;选择空气加热的方法作为人工肌肉力学性能实验的加热方法;设计一套可以测量人工肌肉的力学性能的测量装置,并通过改变温度、长度进行... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

直线型人工肌

作出的人工肌肉 b) 人工肌肉在通电加热后收缩图 1.4 镀银法制作的电加热驱动的人工肌肉美国德克萨斯大学达拉斯分校的 Wu 等人设计了一套水加热型作动器，如图 1.5 所示[28]。将制成的人工肌肉置于硅胶管弹簧辅助装置在降温时恢复原长，人工肌肉和弹簧两端固连上，一端的端盖设有 1 个流水口，另一端的端盖设有 2 个入别流入热水和冷水，通过冷热水的交替流入来改变人工肌肉动器的整体长度，使其可作为用于拉绳系统的直线作动器。与水有着良好的接触，热传导的效率高，人工肌肉的受热均变化。

上海大学硕士学位论文气，下半部分连接在直线电机上，带动下半部分上下移动以改变人工肌肉的长度，上下部分外部各有一根玻璃管，两根玻璃管直径不同，中轴线同轴，以构成一种套筒式结构，人工肌肉置于两根玻璃管的中轴线位置，通入的热空气在两根玻璃管间的狭小空隙中流出，这样在下半部分上下运动的时候，内部的空气场始终保持在稳定的状态，使人工肌肉的温度保持稳定。

【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人研究现状及发展趋势[J]. 曹文祥,冯雪梅.  机械制造. 2011(02)
[2]线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真[J]. 胡海燕,王鹏飞,孙立宁,赵勃,李满天.  机械工程学报. 2010(19)
[3]工业机器人发展思考[J]. 王田苗.  机器人技术与应用. 2004(02)
[4]柔性机械臂建模理论与控制方法研究综述[J]. 王树新,员今天,石菊荣,刘又午.  机器人. 2002(01)

硕士论文
[1]聚合物螺旋卷绕型人工肌肉的驱动特性研究及应用[D]. 李凯.哈尔滨工业大学 2018
[2]变刚度绳驱动关节模块研究[D]. 王俊.中国科学院宁波材料技术与工程研究所 2016



本文编号：3445384