摘要：以JKR理论为基础,从刚毛缠结表面能的变化及弯曲变形角度分析,得到了仿刚毛阵列避免缠结的结构设计方法,得出了在材料性质确定的情况下,避免缠结的发生刚毛群几何结构须满足的关系。采用光刻制模真空浇铸的方法制备了4种结构尺寸的微米刚毛阵列。预期的设计与实际制造的刚毛阵列状态吻合,故证明该设计方法正确可行。

摘要：离子聚合物金属复合材料(ionic polymer-metal composites,IPMC)是一种新型电致形变高分子材料,具有广阔应用前景。为了有效描述IPMC的形变规律,基于IPMC致动原理提出了一种电致动模型。建立了阶梯电压下IPMC膜内水合阳离子的力平衡方程,由水合阳离子的浓度分布及水分子的扩散计算得出水分子的浓度以及含水量分布,结合实验所确定的含水量和应变的关系从而确定IPMC沿厚度方向的应变分布。该计算方法适用于不同形状的IPMC致动器。以悬臂梁IPMC致动器为例,通过应变分布计算得到IPMC致动器在阶跃电压下的输出弯矩和相应的位移响应,模拟结果与实验结果的瞬时响应规律高度一致,证明该模型正确。该模型的建立为IPMC结构驱动一体化设计奠定了坚实的基础。

摘要：离子聚合物金属复合材料(ionic polymer metal composite)作为新型驱动材料在微小系统驱动等方面有着明确的应用前景,输出力较低和对水环境的依赖限制了该材料进一步的应用.本文采用正交实验设计法,针对IPMC制备过程中的3个主要参数,选用L16(45)正交表,以输出力为指标开展制备工艺的优化.结果表明主镀过程铂氨复合物的浓度对IPMC输出力的影响最大,Nafion膜中四乙氧基硅(TEOS)含量对输出力的影响次之,还原剂浓度对输出力没有显著影响.在实验确定的最优条件下,IPMC的最大输出力达到50mN,相应的最大位移为14mm.在最大输出位移性能相当的情况下,较常规条件最大力输出提高了2.4倍,有效工作寿命大幅提高,有效力输出延长了5.8倍,有效位移输出性能延长了5倍.该研究为IPMC进一步的应用奠定了坚实的基础.

摘要：依据JKR理论,从几何仿生角度出发设计并制备了2种具有斜截面的倾斜人工刚毛.理论计算表明:刚毛支杆倾斜20°,斜截面为45°时,刚毛具有较为理想的黏附性能,且具有这种结构的刚毛可便利地调控吸附和脱附.利用微摩擦试验机测试了人工刚毛表面的黏附性能,结果表明:在无滑移的平面接触下,刚毛阵列的黏附力随法向载荷增加而增大,当法向载荷超过一定值后,黏附力增加缓慢并趋于饱和;法向载荷为30mN时,刚毛无滑移卸载所产生黏附强度约为2.4kPa,略高于逆向滑移后卸载所产生的黏附强度2.2kPa,而正向滑移后卸载所产生的最大黏附强度较逆向滑移后卸载有明显增加,达3.1kPa,增加了近41%;短距离的滑移可增加黏附力,但随着滑移距离加大,黏附力随之下降.

摘要：在深入观察分析壁虎爬行步态的基础上，针对其非连续约束变结构运动特点，进行了新型仿壁虎机器人的运动学分析，设计了一种前脚掌姿态和落点位置参数可调的仿生多步态规划方法，以弥补现有的步态规划方法中存在的运动协调性差、适用面窄等不足。基于Matlab软件平台开发了仿生步态规划程序，分析比较了仿壁虎机器人在对角和三角步态下的仿真实验结果，结果表明，仿壁虎机器人运动协调稳定，能够实现不同环境下的步态要求，验证了仿生步态规划方法的正确性和可行性，为基于不同环境下多步态数据生成奠定了基础。

摘要：利用离子聚合物人工肌肉(IPMC)固有的电致动性能,设计了圆盘形、S形、条形及扇形4种不同结构的致动膜,选择最优结构的驱动膜以驱动微泵。制备了一系列IPMC悬臂梁状致动器,利用激光位移传感器测出不同条件下致动器产生的位移。ANSYS软件下,利用位移推导出IPMC单元体的弯矩,以此计算衡量微泵的体积变化和最大工作压力。同时,分析了泵膜形状、半径、厚度、驱动电压对泵体积变化和工作压力的影响。结果表明:较之于其它3种泵膜,扇形泵膜的体积变化量最大;泵膜半径的增加有利于增大体积变化量;泵膜厚度的增加有利于增加工作压力;适当地增加驱动电压,可同时提高其工作压力和体积变化量。

摘要：分析了一种仿壁虎机器人的机械结构及其运动学原理,通过对壁虎运动行为的研究,规划了一种仿壁虎的墙面爬行对角步态.利用ADAMS对机器人沿垂直壁面爬行的运动进行了仿真,分析了模型质心位移、关节转矩以及足部与壁面之间的接触力等参数.最后通过实验分析,验证了结构设计、步态规划的合理性,所选择的电机符合设计要求.

摘要：建立了电流测试平台,并对不同IPMC进行电流测试分析,为IPMC材料的改性提供依据。选用TBC0.5A02电流传感器设计电路,采用NI PCI-6024E数据采集卡,通过LabVIEW程序编写采集程序,并对采集到的电流传感器的输出信号进行处理。将固定电压施加在一系列固定的电阻上,从而建立电流传感器输出值和输入值的关系,实现实时测量流经IPMC的电流。通过比较商业膜基体IPMC、自制膜基体IPMC以及TEOS改性膜基体IPMC在不同正弦电压信号下的电流值,证明该测试系统是可行的。