介电型eap柔性运动单元特性分析

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1、中图分类号：TP242论文编号：102870516-S119学科分类号：080202硕士学位论文介电型EAP柔性运动单元特性分析研究生姓名黄青云学科、专业机械电子工程研究方向机电控制及自动化指导教师王化明教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringCharacteristicAnalysisofDielectricEAPFlexibleActuatorAThesi

2、sinMechanicalandElectronicEngineeringbyHuangQingyunAdvisedbyWangHuamingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学

3、可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学专业学位硕士学位论文摘要介电型EAP(Electro-activePolymer)在电场作用下，具有变形大、响应速度快、能量密度高等优良性能，具有良好的类生物特性。本文以介电型EAP柔性单元为研究对象，对其动力学进行建模分析，为其今后在仿生领域的应用打下理论基础。结合介电型EAP的超弹性本构方程，对介电型EAP柔性单元进行静力分析，得到了弹簧刚度设计的计算方法，可用于弹簧刚度参数的选择。利用几何精确梁

4、理论（GEBT），结合旋量描述法，建立了介电型EAP柔性单元的连续性运动学模型；并利用旋量形式的牛顿-欧拉方程，推导了其正向动力学方程。结合介电型EAP的粘弹性机电耦合方程，分析了其在MATLAB中运动数值仿真的流程及边值条件；其微分方程在MATLAB中用有限差分法进行数值求解。利用介电型EAP柔性单元，构建了一种可移动的运动单元。将柔性单元所受的外力及惯性力均等效到头部截面的坐标系中，建立了其移动动力学方程。利用拉格朗日方程，推导了该运动单元车轮的动力学方程。通过仿真得到了柔性单元伸缩模型在阶跃电压、正弦电压、斜坡电压下的动态响应。仿真结果表明，通电频率为3Hz时，柔性单元

5、具有最大响应位移15.5mm。根据采集到的柔性单元上的实际电压值，拟合得到了其充放电的时间常数。对运动单元在不同频率下的伸缩步态进行了仿真，仿真结果与试验结果均表明其在通电频率为1Hz时具有最大平均速度。关键词：介电型EAP，柔性运动单元，几何精确梁理论，动力学i介电型EAP柔性运动单元特性分析ABSTRACTThedielectricelectro-activepolymer(EAP)hasdemonstratedlargedeformation,fastresponse,highenergydensitywhenundertheactionoftheelectricfie

6、ld.Ithasagoodbiologicalcharacteristics.ThedynamicmodelofthedielectricEAPflexibleunitisstudied,whichwouldlaythetheoreticalfoundationforitsapplicationinthefiledofbionics.BasedontheelasticconstitutiveequationofthedielectricEAP,thestaticanalysisoftheflexibleunitiscarriedout.Thecalculationmethod

7、ofspringstiffnessisobtained,whichcanbeusedfortheselectionofspringstiffnessparameters.Usingcontinuumgeometricallyexactbeamtheory(GEBT),combinedwithscrewdescriptionmethod,thekinematicsmodeloftheflexibledielectricEAPunitisestablished.Theforwarddynamicsequat