人工肌肉作為一種柔性驅(qū)動器可以產(chǎn)生類似生物肌肉的動作輸出,因此其在軟體機器人、仿生機器人、康復機器人等領域具有很高的應用價值。而傳統(tǒng)的人工肌肉例如形狀記憶合金（SMA）、介電彈性體驅(qū)動器（DEA）、碳納米管人工肌肉（CNT）以及離子聚合物-金屬復合驅(qū)動器（IPMC）等大多都具有遲滯效應較大、循環(huán)使用壽命較低且輸出力及變形量有限等缺點,同時成本較為昂貴。聚合物螺旋卷繞型人工肌肉是一種基于聚合物纖維（尼龍等）扭轉(zhuǎn)后螺旋卷繞而成的新型人工肌肉,其遲滯小、壽命長、變形量大、能量密度高且成本低,在柔性驅(qū)動技術(shù)領域具有廣闊的應用前景。本文以新型聚合物螺旋卷繞型人工肌肉為研究對象,研究并分析了聚合物螺旋卷繞型人工肌肉的結(jié)構(gòu)和致動原理;從聚合物螺旋卷繞型人工肌肉的基本結(jié)構(gòu)出發(fā),闡述了人工肌肉螺旋結(jié)構(gòu)的形成過程,并分析了其基于溫度變化而產(chǎn)生長度變化的致動原理;以彈簧受力模型為基礎,根據(jù)人工肌肉的螺旋線圈結(jié)構(gòu)建立了人工肌肉的宏觀靜力學模型,通過該模型揭示了材料屬性、結(jié)構(gòu)尺寸、負載情況以及解旋力矩與人工肌肉的變形量之間的關系;給出了單一纖維卷繞型人工肌肉以及以尼龍66聚合物纖維為原材料按照自然螺旋方式和圍繞... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

表面有鍍銀層的人工肌肉

a) 人工肌肉的結(jié)構(gòu)尺寸 b) 人工肌肉通電后的熱成像圖圖 1-2 表面有鍍銀層的人工肌肉2015 年 4 月，德克薩斯大學達拉斯分校的 Wu 等人設計了一種以熱水驅(qū)動的人工肌肉，其結(jié)構(gòu)如圖 1-3 a）所示[15]。硅膠空腔內(nèi)封裝了一根純尼龍纖維卷繞型人工肌肉以及一根彈簧，同時硅膠空腔兩端各有一個開口，用于注水和出水；如圖 1-3 b）所示，硅膠空腔內(nèi)注入熱水后人工肌肉的溫度升高，硅膠空腔內(nèi)注入冷水后人工肌肉的溫度降低，以此使人工肌肉產(chǎn)生往復的動作輸出。這種封閉的容腔結(jié)構(gòu)使得熱水和冷水能夠充分與人工肌肉接觸，從而使得人工肌肉的溫度變化更為迅速。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文2016 年 5 月，Haines 等人又制作了一種盤型螺旋結(jié)構(gòu)的人工肌肉，其結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示[16]。這種結(jié)構(gòu)的人工肌肉可以輸出約 200%的長度變形量，如圖 1-4 b）所示，以 70℃時的薄盤型結(jié)構(gòu)為基準，在更低溫度時其可以產(chǎn)生負方向的伸長變形，而在更高溫度時其又可以產(chǎn)生正方向的伸長變形。


本文編號：2953901