介电弹性体作为一种智能材料,在电场作用下具有应变大,响应速度快、机电耦合效率高等优点,可制作成多种类型的驱动器并广泛应用于柔性仿生机器人领域。基于介电弹性体驱动的仿生爬行类机器人作为一种典型的柔性仿生机器人,虽然能够在一定程度上实现运动,但通常都需要人为将其平稳放置在运动平面使其处于正确的运动姿态,在翻转之后则无法继续运动,而自然界中的爬行生物在翻转之后仍然可以恢复至运动姿态继续运动。为此,本文设计了一款基于介电弹性体最小能量结构(Dielectric Elastomer Minimum Energy Structure,DEMES)驱动的仿生蠕动机器人,并借助立体剪刀机构的对称性,增加了机器人运动表面的数量,使得机器人具备了多面运动的功能。本文主要的研究内容如下:首先,介绍了DEMES驱动器的变形原理,研究了柔性基底镂空区域形状、介电弹性体薄膜预拉伸率、介电弹性体薄膜层数对于DEMES驱动器静平衡角度、电致变形幅度以及击穿电压的影响。在明确了本文中DEMES驱动器的制作参数后,测试了驱动器在方波电压下的输出情况。此外还总结了DEMES驱动器在制作及使用过程中常见的四种失效形式,并提出了相应的注意事项。其次,以自然界中具有代表性的蠕动生物“尺蠖”为原型,对其运动过程进行分析,利用剪刀机构等部件设计了一款新型的仿生蠕动机器人,并为其设计了两种静电吸附足。然后,建立得到DEMES驱动器在通电和断电两种状态下的动力学模型,并进一步分析了本文设计的仿生蠕动机器人在扩张和收缩两个阶段的动力学模型。在特定电压条件下测试了DEMES驱动器的输出力矩,并对机器人的动力学模型进行了验证。最后,从实验角度比较了两种静电吸附足对仿生蠕动机器人运动的影响。通过增加静电吸附足的数量提出了多面运动的结构设计,利用实验验证了机器人的多面驱动功能以及多面运动功能。此外,还验证了机器人的爬坡、穿隙、多种材质表面适应性以及模块化装配转向性能。
暂无评论