【摘 要】
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柔性相变执行器即使用柔性、可拉伸材料制成的相变执行器,在工业、医学、生物学、仿生机器人学等领域都有广阔的应用前景。本文设计、仿真并制备了两种结构的相变执行器,并搭建了三维重建系统,基于结构光三维重建检测技术对其应变性能进行了分析,主要研究内容如下:首先分析了相变执行器流体和超弹性体的模型,并设计了两种相变执行器的结构——单腔相变执行器以及双腔-微流道相变执行器,使用有限元分析（FEA）对这两种结构
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柔性相变执行器即使用柔性、可拉伸材料制成的相变执行器,在工业、医学、生物学、仿生机器人学等领域都有广阔的应用前景。本文设计、仿真并制备了两种结构的相变执行器,并搭建了三维重建系统,基于结构光三维重建检测技术对其应变性能进行了分析,主要研究内容如下:首先分析了相变执行器流体和超弹性体的模型,并设计了两种相变执行器的结构——单腔相变执行器以及双腔-微流道相变执行器,使用有限元分析（FEA）对这两种结构对执行器的应变特性进行了仿真,并对执行器结构设计进行数值分析与优化;随后基于柔性电子中常用的快速成型技术探索了一套相变执行器的制备工艺,并成功制备了执行器原型器件,取得了较高的机械强度和表面平整度;最后,基于结构光三维重建检测技术搭建了三维重建检测平台,设计重建算法,并且对所制备的执行器进行测试和分析,较为精确地描述了执行器的应变,在无接触的前提下一次性获得了全域性的表面高度信息。所制备的单腔相变执行器和双腔-微流道相变执行器分别获得了2 mm和1.2 mm的最大径向位移,分别达到其弹性膜尺寸的33%和30%。这两种执行器结构质量分别为1.2 g和7 g,可以输出0.32 N和0.18 N的机械应力,最高相当于可以举起超过于其自身质量26倍的物体。同时,采用的结构光三维重建系统为执行器特性测试和数值分析提供一种高精度的执行器应变检测方法,相较于传统的检测技术,这一方式可较为精确地描述执行器的应变,为后续执行器的设计提供了一种可行度极高的分析方法。
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