基于IPMC仿生肌肉組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及特性研究.pdf

1、IPMC（Ionic Polymer-Metal Composites）離子聚合物金屬復(fù)合材料，是一種EAP（Electro Active Polymer）智能材料，它具有驅(qū)動應(yīng)變大、質(zhì)量輕、彈性好、能耗低和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。基于IPMC的優(yōu)異性能，其應(yīng)用前景廣闊，具有較高的學(xué)術(shù)研究價值。本文依據(jù)生物肌肉原型的仿生學(xué)思想，提出了仿生肌肉直線驅(qū)動單元組合方案，研究了仿生肌肉直線驅(qū)動單元的輸出特性。
　　首先，研究了生物肌肉的宏觀結(jié)構(gòu)

2、，提出了IPMC的疊加組合方法。通過分析IPMC的輸入與輸出關(guān)系，建立了IPMC的懸臂梁力輸出模型；根據(jù)IPMC的輸出性能，分析不同IPMC組合結(jié)構(gòu)的性能，確定了仿生肌肉直線驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)。通過對IPMC力學(xué)性能的分析，確定了仿生肌肉直線驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)尺寸。分析IPMC內(nèi)部電場的分布，研究了仿生肌肉直線驅(qū)動單元的控制原理。
　　其次，通過優(yōu)化IPMC制備工藝和尺寸結(jié)構(gòu)，提高了IPMC的輸出性能。仿真分析仿生肌肉直線驅(qū)動單元連接點(diǎn)處

3、的應(yīng)力分布，降低了電極塊對IPMC致動性能的影響。在 IPMC、電極塊和輸電電極的制備工藝的基礎(chǔ)上，研究了仿生肌肉直線驅(qū)動單元的組裝工藝。
　　再次，搭建了仿生肌肉直線驅(qū)動單元的試驗(yàn)測試平臺，研究在不同IPMC初始角度和輸電方式時仿生肌肉直線驅(qū)動單元的力和位移輸出性能，分析了不同IPMC數(shù)量時仿生肌肉直線驅(qū)動單元的力輸出效率，有效提高了仿生肌肉直線驅(qū)動單元的輸出性能。分析仿生肌肉直線驅(qū)動單元在運(yùn)動過程中的形態(tài)變化，得出其最佳運(yùn)動范