【摘 要】
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离子聚合物金属复合材料（IPMC）是一种具有轻质量、高柔韧性、高效电能转化（电能转化为机械能）的智能材料。IPMC在软机器人应用中具有一些显著的优势,尤其是电能向机械能的高效转化,其在较低的电压下激活,快速响应下可实现较广范围的形变。其功耗低,而且具有一定的机械和化学耐受性和稳定性、易于小型/微型化。由于其具有上述特点,因此作为软体机器人的软执行器是不可多得的材料,在微型机器人和水下机器人应用中得
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离子聚合物金属复合材料（IPMC）是一种具有轻质量、高柔韧性、高效电能转化（电能转化为机械能）的智能材料。IPMC在软机器人应用中具有一些显著的优势,尤其是电能向机械能的高效转化,其在较低的电压下激活,快速响应下可实现较广范围的形变。其功耗低,而且具有一定的机械和化学耐受性和稳定性、易于小型/微型化。由于其具有上述特点,因此作为软体机器人的软执行器是不可多得的材料,在微型机器人和水下机器人应用中得到较好的表现。不同于传统的刚性材料,IPMC材料具有更高的自由度以及非线性的形变,利用该材料所制得的软执行器由于存在固有蠕变和滞后现象的存在以及外界环境参数的不稳定性极大的影响着IPMC执行器的定位精度和稳定性。采用传统的物理模型的方法难以准确的对其进行建模和控制。基于此,本论文以IPMC智能材料驱动器为研究对象,对IPMC材料的制备工艺进行优化,制备基于IPMC材料的软体应用。同时采用视频图像的方式来检测和采集IPMC材料形变过程中的数据,通过仿真数据和实验数据相结合的方法来构建IPMC软致动器的机器学习模型。并采用IPMC材料制备的软体应用实例来验证机器学习算法的有效性。以仿生应用的方式探索IPMC材料在不同领域的应用前景,提供一种数据驱动以控制软机器人的思想。文章的主要工作如下:（1）以离子聚合物膜Nafion117为基底,采用化学沉积结合电镀的方式制备了金属银电极IPMC材料以及复合金属铜/银IPMC材料。并在此基础上研究材料的封装工艺。（2）分析IPMC材料在稳定直流电压、阶跃直流电压和方波交流电压下响应特性。并通过Comsol仿真软件构建IPMC材料的物理模型。（3）采用视频图像的方式来检测和采集IPMC材料形变过程中的数据,通过实验数据的方法构建IPMC软驱动器的LSTM预测模型以及神经网络驱动模型。并在该模型的基础上采用强化学习DQN的方法在仿真环境训练驱动器自主学习执行偏转任务。（4）制备基于IPMC材料的软体抓手,研究IPMC材料在仿生领域的应用。并通过强化学习DQN控制仿真手指自主学习执行抓取任务。
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