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IPMC (Ionic Polymer-Metal Composites)离子聚合物金属复合材料,是一种EAP(Electro Active Polymer)智能材料,它具有驱动应变大、质量轻、弹性好、能耗低和响应速度快等优点。基于IPMC的优异性能,其应用前景广阔,具有较高的学术研究价值。本文依据生物肌肉原型的仿生学思想,提出了仿生肌肉直线驱动单元组合方案,研究了仿生肌肉直线驱动单元的输出特性。首先,研究了生物肌肉的宏观结构,提出了 IPMC的叠加组合方法。通过分析IPMC的输入与输出关系,建立了 IPMC的悬臂梁力输出模型;根据IPMC的输出性能,分析不同IPMC组合结构的性能,确定了仿生肌肉直线驱动单元的结构。通过对IPMC力学性能的分析,确定了仿生肌肉直线驱动单元的结构尺寸。分析IPMC内部电场的分布,研究了仿生肌肉直线驱动单元的控制原理。其次,通过优化IPMC制备工艺和尺寸结构,提高了 IPMC的输出性能。仿真分析仿生肌肉直线驱动单元连接点处的应力分布,降低了电极块对IPMC致动性能的影响。在IPMC、电极块和输电电极的制备工艺的基础上,研究了仿生肌肉直线驱动单元的组装工艺。再次,搭建了仿生肌肉直线驱动单元的试验测试平台,研究在不同IPMC初始角度和输电方式时仿生肌肉直线驱动单元的力和位移输出性能,分析了不同IPMC数量时仿生肌肉直线驱动单元的力输出效率,有效提高了仿生肌肉直线驱动单元的输出性能。分析仿生肌肉直线驱动单元在运动过程中的形态变化,得出其最佳运动范围。最后,基于生物肌肉的结构组成原理,设计了仿生肌肉纤维的结构,并应用3D打印技术对其骨架结构进行制造;利用试验测试平台对仿生肌肉纤维的力输出性能进行测试,研究其力输出效率:将仿生肌肉纤维应用于小型机器人弹跳装置的设计,并检测其性能,从而验证了仿生肌肉直线驱动单元在工程应用中的可行性。