介电型EAP弯曲驱动器研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xnf0769
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介电型EAP(Electro-active Polymer)是一种新型智能材料,具有应变大、能量密度高、效率高、响应速度快、噪声低、韧性高和质量轻等优点。介电型EAP制作的弯曲驱动器能产生连续弯曲,具有成为“人造肌肉”驱动器的潜力,在仿生机器人领域具有潜在应用前景。  对介电型EAP变形及平面弯曲驱动器的弯曲原理进行分析,设计了梳齿状电极。对现有拉伸平台进行改进,实现了介电型EAP膜的双向均匀拉伸,通过半自动卷绕平台完成了平面弯曲驱动器制作。  建立了平面弯曲驱动器EAP膜几何方程,对介电型EAP薄膜微元受力分析,得到平衡方程。结合力、力矩平衡方程等边界条件及材料粘弹性本构方程,用数值计算方法求解出驱动器输出(角)位移、输出力及各层薄膜应力分布情况。对平面弯曲驱动器进行测试,测试结果与理论分析结果较吻合。平面弯曲驱动器弯曲角度达90°,最大侧向力接近0.2 N,线性最大输出力和位移分别为2.56N、10.19mm。  设计采用双层相错开的梳齿状电极,完成了空间弯曲驱动器制作。对空间弯曲驱动器进行理论分析,用数值计算方法求解出驱动器输出(角)位移、输出力及各层薄膜应力分布情况。对空间弯曲驱动器进行测试,测试结果与理论分析结果基本吻合,分析了存在偏差的原因。空间弯曲驱动器弯曲角度达38°,最大侧向力0.138N,线性最大输出力和位移分别为2.23N、5.25mm。  介电型EAP弯曲驱动器能产生多自由度柔性弯曲,具有类似于柔性生物体的运动功能,可用于仿生机器人需要柔性弯曲驱动的场合。  
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