IPMC驅(qū)動(dòng)器及在仿人手指設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究.pdf

1、離子交換聚合物金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)的機(jī)電特性與生物肌肉相似，被稱為人工肌肉材料。應(yīng)用IPMC致動(dòng)性能開(kāi)發(fā)的執(zhí)行器適用于仿生機(jī)構(gòu)和微機(jī)電系統(tǒng)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。本文針對(duì)IPMC驅(qū)動(dòng)器及其在仿人手指設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究主要完成了以下工作內(nèi)容:
　　首先，選取懸臂梁狀和方形板狀I(lǐng)PMC致動(dòng)器作為研究對(duì)象?；跀?shù)據(jù)建模和在線辨識(shí)理論，選擇SISO系統(tǒng)的白回歸模型作

2、為懸臂梁狀和方形板狀I(lǐng)PMC致動(dòng)器輸出位移模型，采用最小二乘算法對(duì)模型中未知參數(shù)進(jìn)行更新，得到三階IPMC致動(dòng)器輸出位移自回歸模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。利用LabVIEW在線辨識(shí)系統(tǒng)，基于帶遺忘算子遞歸最小二乘辨識(shí)算法，建立了方形板狀I(lǐng)PMC致動(dòng)器輸出力離散狀態(tài)空間模型。
　　其次，應(yīng)用滑模控制算法對(duì)IPMC致動(dòng)器輸出位移和輸出力模型的狀態(tài)空間表達(dá)式設(shè)計(jì)了滑?？刂坡?，完成了MATLAB/Simulink仿真實(shí)驗(yàn)和半實(shí)物系統(tǒng)實(shí)

3、驗(yàn)。針對(duì)IPMC致動(dòng)器輸出力滑模控制實(shí)驗(yàn)，選取四片尺寸和形狀不同的IPMC致動(dòng)器作為研究對(duì)象，完成了相應(yīng)的滑?？刂瓢雽?shí)物系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，并且，在沒(méi)有改變滑模控制率中設(shè)計(jì)參數(shù)值的情況下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)上述IPMC致動(dòng)器輸出力跟蹤的滑?？刂疲?yàn)證了滑?？刂扑惴ň哂袑?duì)外界參數(shù)不敏感性。
　　最后，通過(guò)對(duì)人類手指抓取行為和運(yùn)動(dòng)范圍的分析，根據(jù)身體智能理論和人機(jī)工程學(xué)思想，設(shè)計(jì)了一款I(lǐng)PMC驅(qū)動(dòng)指關(guān)節(jié)的仿人欠驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)中指，對(duì)其中的關(guān)鍵部件進(jìn)行了靜力分