基于DE驅(qū)動(dòng)的兩態(tài)串并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性研究.pdf

1、微小型仿生機(jī)器人發(fā)展的基本要求是系統(tǒng)輕便、多自由度、運(yùn)動(dòng)靈活、控制簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)方式，如電機(jī)加齒輪等方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難滿足這一要求。智能材料驅(qū)動(dòng)為人們提供了一種解決問(wèn)題的方法，而基于智能材料的兩態(tài)驅(qū)動(dòng)這一新興的驅(qū)動(dòng)方式使得多自由度的運(yùn)動(dòng)控制相對(duì)簡(jiǎn)單。理論上，兩態(tài)驅(qū)動(dòng)可以類比于電子學(xué)中的數(shù)字電子概念，相比于傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)方式，兩態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要復(fù)雜繁瑣的反饋控制等環(huán)節(jié)，減少了傳感器、導(dǎo)線以及電子元件的使用，因此減輕了系統(tǒng)重量和

2、成本；另外，由于控制簡(jiǎn)單、精確，兩態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也有著很高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　 絕緣彈膠體(Dielectric Elastomer)作為電活性聚合物中的一種，可以在外電場(chǎng)作用下發(fā)生形變，由于該材料柔軟，富有彈性，變形效率高，驅(qū)動(dòng)率大，因此具有“人造肌肉”的美譽(yù)，逐漸被科學(xué)家應(yīng)用于仿生驅(qū)動(dòng)以及微驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。
　　 本文利用DE材料的機(jī)電驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，結(jié)合兩態(tài)驅(qū)動(dòng)(binary actuation)的概念，構(gòu)建了兩種包含三個(gè)兩態(tài)驅(qū)動(dòng)

3、器件的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，將其作為基于DE材料驅(qū)動(dòng)的串-并聯(lián)離散驅(qū)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的基本單元，據(jù)此構(gòu)建多個(gè)單元串聯(lián)組成的串-并聯(lián)多級(jí)離散驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
　　 文中首先利用DE材料制作滿足這一驅(qū)動(dòng)特性的伸長(zhǎng)型兩態(tài)驅(qū)動(dòng)器件，通過(guò)機(jī)電響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試其直線驅(qū)動(dòng)特性，即變形值，分析材料特性對(duì)其驅(qū)動(dòng)特性的影響。其次，將該驅(qū)動(dòng)器件的驅(qū)動(dòng)范圍作為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)值，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分析單級(jí)及多級(jí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、特性及工作空間的特點(diǎn)。利用數(shù)學(xué)工具分析并描繪上述離散