基于介电型EAP的地面移动机器人研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:marymahoo1985
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介电型EAP(Electro-active Polymer)是一种电活性聚合物,在电压作用下能产生变形,具有应变大、柔性好和能量密度高等优点。论文以介电型EAP为驱动材料,通过二自由度圆柱形驱动单元的设计与分析,实现一种可伸缩与弯曲运动的地面移动机器人,在仿生机器人领域具有潜在的应用前景。  对驱动单元输出力增加的方法进行分析,确定采用增大卷绕直径的方案。据此设计、实现了新的EAP膜双轴预拉伸机,实验表明该设备可实现更大面积的EAP预拉伸。  对圆柱形驱动单元的结构进行改进,分析确定单元的基本参数。通过对驱动单元制作实验完善制作工艺,以解决电极错位等问题。对驱动单元进行电压测试,结果表明:该驱动单元工作可靠,能产生线性伸缩和弯曲运动,在5 kV时的输出位移和角度分别为26.88 mm和90°。  建立圆柱形驱动单元的线性和弯曲运动动态模型,通过求解得到驱动单元的线性位移和弯曲角度的动态输出,对驱动单元进行阶跃和方波输入信号的动态响应试验,试验与分析结果较为吻合。  基于该驱动单元,设计了单驱动单元和双驱动单元地面移动机器人。在室内试验的基础上,进行了机器人在野外地面(草地和混凝土地面)的伸缩与弯曲运动试验。结果表明:机器人可以在野外地面以伸缩和弯曲方式前进,单驱动单元和双驱动单元机器人移动速度为3.25mm/s和2.69mm/s,并分析了影响运动速度的原因。
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