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软体机器人是当今机器人发展的研究热点,柔性驱动材料和柔性从动材料复合是软体机器人驱动结构的主要形式,介电弹性体近年来成为柔性驱动器设计领域备受关注的研究对象。基于介电弹性体材料(Dielectric elastomer,DE)的柔性驱动器的一般为双层薄板结构,即将DE薄膜和柔性电极制成驱动板,将其与柔性材料制成的从动板贴合在一起,通过电刺激驱动板带动柔性从动板来实现复杂的运动。驱动材料具有非线性和大变形特征,并且该结构的建模过程中引入了多单元耦合问题,在大变形情况下多单元耦合时容易出现耦合条件不充分的问题,因此建立精确的大柔性双层板结构动力学模型,对实现软体机器人柔性驱动器的运动控制具有重要意义。本文利用绝对节点坐标法,考虑材料非线性及结构的几何非线性特征并基于不同单元间的变形协调条件,建立了具有高阶几何连续性的柔性双层板复合结构动力学模型;引入介电弹性体驱动板,研究电压参数、材料参数、驱动板几何参数及驱动板数量对柔性复合结构动力学特性的影响规律。研究结果为柔性驱动部件的运动控制及软体机器人驱动器设计提供指导。主要研究内容包括以下几个部分:(1)基于绝对节点坐标法的介电弹性体驱动柔性双层板结构动力学建模基于绝对节点坐标法和驱动板-从动板单元之间接触界面的变形协调条件,建立具有C~1连续性的大柔性双层板耦合单元模型;基于连续介质力学理论,将介电弹性体材料本构方程和Mooney-Rivlin超弹性本构模型引入双层板复合结构模型中,推导其单元广义刚度矩阵、质量矩阵及外力矩阵,建立介电弹性体驱动柔性双层板复合结构动力学模型。(2)不同参数对单驱动单元驱动的复合结构动力学特性的影响研究通过MATLAB数值仿真研究了激励电压参数、从动板材料参数及驱动板几何参数对单驱动单元驱动的复合结构动力学特性的影响规律。结果表明,复合结构末端摆动的摆幅随着激励电压的增大而近似线性增大,随着材料超弹性系数的增大则呈非线性减小趋势,末端运动的周期性和稳定性在较低激励电压和较高激励电压下明显不同,驱动板的尺寸越小复合结构的末端运动规律随各项参数的变化越线性。(3)多驱动单元驱动复合结构动力学特性影响及驱动效果对比研究基于变形协调条件,建立多驱动单元驱动的双层板复合结构动力学模型,研究了激励电压参数和从动板材料参数对双驱动单元和三驱动单元复合结构动力学特性,对比分析表明,双驱动单元复合机构末端位移随时间变化规律性较强、周期性更明显,单驱动单元结构摆幅-激励电压关系线性度最高,三驱动单元结构的变形规律性在各材料参数和激励电压下均较差。单驱动单元和三驱动单元结构末端在大多数时间内层“两头高、中间低”的翘曲状,而双驱动单元结构的末端更容易呈现出“一头高、另一头低”的S型。