摘要：离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composites,ipmc)是一种多功能新型材料,ipmc具有驱动电压低、形变大、驱动响应速度快、具有类似于生物肌肉比例恒定的特性程度的形变等特点,在仿生技术、微机械等领域具有重要的研究价值和应用潜力。在制备出Pd-ipmc的基础上进行ipmc各项性能的测试研究,并同时在只具有二维导向运动的ipmc的基础上研究具有多自由度导向能力的ipmc硅胶导管应用仿真模拟,即将多个ipmc嵌入到不同截面形状的硅胶管中,通过对各个ipmc施加不同的载荷大小,从而控制硅胶导管的移动方向,以实现多自由度导向能力,并找出最优的硅胶导管截面形态,为设计合理有效的管状致动器奠定理论与技术基础。

摘要：虽然目前作为服务器管理核心的ipmc的设计日趋成熟,但是ipmc仍然是以直接焊接在服务器主板之上的“一体化”形式设计,在硬件更新维护方面具有极高的复杂度。在此背景之下,本文提出“硬件插件化”思想,将ipmc以金手指的硬件接口形式制作成可插入式的板卡,该板卡不仅可以解决上述所提到的问题,还具备千兆以太交换功能。板卡硬件主要由Cortex-M4内核的单片机MSP432E401Y和二层以太交换芯片KSZ9897R构成,为解决板卡间以太网通信的硬件冗余问题,本设计采用了无变压器以太网电路互连。经HFSS软件对过孔参数的仿真优化及板卡间高速信号的眼图以及S参数测试,结果表明本文所设计的插件化板卡硬件在传输千兆速率信号时,最大电压损耗为3.5 dB,回波损耗皆大于10 dB,完全满足IEEE802.3标准对于以太网信号的损耗要求。

摘要：为克服传统手爪机构传动链多,耗能大,结构复杂等缺点,设计并制作了一种应用电致动智能材料(ipmc)的柔顺手爪。运用Pro/E软件设计ipmc手爪的主体结构,并分析其运动过程,最终装配完成ipmc手爪;运用激光位移传感器,精密电子秤和Canon相机测试了研制的4片ipmc驱动薄膜的末端位移,端部力和平均运动速度,并通过Labview测试系统对其进行采样和分析。实验结果表明:ipmc手爪驱动元件的角位移在3V电压激励下超过了180°(-3V电压下负向位移与+3V电压下正向位移之和);其末端位移大小为其自身(除固定部分外)总长;手爪驱动薄膜每片重量约为0.5mg,可抓握质量为1.6g左右的物体。该手爪结构简单、位移大、耗能低;同时,由于ipmc的柔顺特性,在抓取物体时它会贴附在其表面,而不破坏其表面精度。因此,这种手爪适用于抓取表面粗糙度要求高的物体。

摘要：电活性聚合物驱动的可变焦微透镜所需电压通常在千伏,严重限制了其在便携式设备中的应用。本文设计了一种低电压驱动的可变焦微透镜,透镜采用离子聚合物金属复合材料(ipmc)薄膜作为驱动结构,以柔性聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为透镜主体,实现了低驱动电压下的大范围变焦。为进一步优化微透镜可变焦范围,利用有限元仿真软件对驱动器结构参数、圆环垫片厚度、临界面曲率等部分进行了仿真研究,确定微透镜各组件的最佳结构尺寸。仿真结果表明:利用ipmc薄膜作为驱动结构,可变焦微透镜在驱动电压为0.5 V~3 V时,变焦范围为42.77 cm~1518.14 cm,驱动电压远低于电活性聚合物驱动的变焦微透镜所需电压,这种驱动电压小、焦距范围广的特点使其具有广阔的应用前景。

摘要：研究了ipmc的制备过程.制备主要分为前期预处理、主化学镀反应和次化学镀反应.在进行一次主化学镀反应之后,对比了不同次数的次化学镀反应所制备的样品的性能.设计了用于驱动ipmc的信号发生器,建立了基于PC机和数据采集卡的测试平台.对制备出来的样品进行了致动特性的测试,测试了激励信号的频率、幅值、以及镀膜厚度对致动特性的影响,为人工肌肉的控制设计提供了依据.实验结果表明:镀膜的电阻和激励信号的频率越小,摆动幅度越大;激励信号的幅值越大,摆动幅度越大;镀层厚度增大有利于电阻的降低,但是由于表面硬度的增加,镀膜并不能太厚;镀膜的打磨导致了电极的不均匀,增大了电阻,降低了材料活性.

摘要：为了降低成本并改善材料性能,采用导电性良好的Ag作为ipmc人工肌肉两侧金属电极,利用还原法制备ipmc,并设计了测试ipmc人工肌肉性能的平台,对样件使用寿命进行测试。结果表明,改良后的制备工艺,使制备周期缩短了30%,ipmc样件制备质量均能达到使用要求;未经表面保水处理的ipmc在空气中的动作次数为60次左右,而经过表面保水处理的ipmc在空气中的动作次数可以提高到90次,对ipmc表面经过保水处理可以使其使用寿命提高50%左右。

摘要：本文从微小型鱼类的运动和受力分析入手,基于人工肌肉ipmc(离子聚合物金属复合材料)的特性,进行微型机器鱼的结构和控制系统的设计.在此基础上实现仿小型鱼类的各种运动模式,然后,讨论了ipmc驱动器推进效率的优化.实验结果证明,基于ipmc的厘米级机器鱼是可行的:通过改变控制信号的频率和占空比,实现微型机器鱼的速度控制;通过控制胸鳍和尾鳍,实现上浮、下潜、转弯、巡游等运动模式.最后从尾鳍推进器的结构角度分析了如何提高推进效率.

摘要：目前大多数ipmc设计所选用的BMC芯片的以太网接口有限,只能与服务器共享LAN控制器来实现远程硬件管理和以太网数据传输功能,可靠性不高,且不支持多端口远程管理。针对以上问题,设计了具有以太交换功能的ipmc板卡,该板卡以MSP432E401Y作为主控芯片,利用LAN接口传输IPMI指令,配合二层以太交换芯片KSZ9897R实现服务器多端口远程管理以及数据传输功能。设计中用AES-128算法对IPMI消息进行加密处理,确保数据传输安全可靠。软件测试结果表明,所设计的基于以太交换的ipmc板卡,可以通过LAN接口安全可靠地传输IPMI指令,且满足多端口远程管理和数据传输的需求。

摘要：ipmc智能材料具有驱动电压低、响应形变高的特性.利用这种智能材料为驱动器,设计了一种小型遥控机器鱼.该机器鱼可以由红外电视遥控器遥控,通过改变加在ipmc材料上的驱动电压的幅值和频率来控制机器鱼的游动方向和游动速度.在实验过程中,分别比较了在正弦波激励和方波激励下机器鱼的游动速度的差异,同时验证了驱动信号的幅值与频率对机器鱼游动速度的影响.通过实验有效地证明了ipmc材料作为驱动器的可行性.

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。