【摘 要】
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离子聚合物金属复合材料(IPMC)作为一种新型离子聚合物,具有轻便、易于小型化、安静、柔顺、不易碎裂和破坏以及耗能小等特点,近年来已经引起了世界各国学者的广泛关注。一些学者
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离子聚合物金属复合材料(IPMC)作为一种新型离子聚合物,具有轻便、易于小型化、安静、柔顺、不易碎裂和破坏以及耗能小等特点,近年来已经引起了世界各国学者的广泛关注。一些学者使用IPMC材料成功制作了多种仿生机器人。但是,目前对IPMC材料的研究主要还是集中在材料本身,对由IPMC材料制作的仿生机器人整体性能和表现的模拟、讨论却几近空白,实际上通过仿真模拟事先弄清可能的影响因素,从而为后续的实际制作提供理论指导,节省时间和成本。本文首先采用ABAQUS对单片IPMC材料进行了有限元模拟分析。通过比对文献中实测的电压-位移关系,确定了产生相同位移所需的弯矩、均布力以及集中力的大小,从而将直观的电压-位移关系转化力学(弯矩、均布力和集中力)-位移关系,并且近似的给出了电压-集中力的三次多项式拟合表达式。本文随后通过文献数据对增强IPMC材料力输出特性的两种不同方法进行了有限元模拟。通过分析计算可以发现,通过多次化学镀的方法增厚镀层,镀5次后的输出力比镀1次时提高了约;而通过叠加多层的方法,从理论上可以线性增加其输出力,单层时输出1倍力,两层时输出2倍力,三层时输出3倍力。本文最后使用ADAMS来模拟八脚步行机器人的运动,并使用叠加三层的IPMC材料模拟其片状脚。通过对比不同的参数发现,较小的驱动力矩和较高的力矩频率既能让八脚机器人保持一定速度,又能使其载重得到一定程度增加,并且整体的平稳性还能维持较好。
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