介电型EAP驱动弹跳机器人研究

论文摘要

弹跳式移动作为地面移动机器人一种移动方式,具有较强的越障能力和环境适应能力。介电型EAP驱动器具有制作简单,成本低,质量轻,能量质量比大等优点。采用介电型EAP驱动器驱动微小型弹跳机器人对于促进新型智能材料在仿生机器人中的应用具有重要的研究价值。在对介电型EAP驱动器分析的基础上,设计、实现了菱形、锥形驱动器。通过对负刚度预载荷分析,选用菱形机构作为锥形驱动器预载荷机构。为了减少锥形驱动器质量与体积,选用半菱形预载荷机构锥形驱动器,提高了该驱动器输出位移。通过对三种驱动器特点的比较,选用锥形驱动器作为弹跳机器人驱动。通过对三种弹跳机构的比较,确定选用平行四边形机构作为弹跳机构。通过对扭簧、恒扭矩凸轮机构、前腿的设计与分析,实现了一种采用锥形驱动器驱动的微小型弹跳机器人。通过对弹跳机器人弹跳过程的分析,建立起了机器人起跳阶段动力学模型,求得了机器人的起跳速度。运用ADAMS软件对机器人进行了仿真分析,得到了弹跳机器人脚趾质心位移曲线与弹跳过程动画。对弹跳机器人进行了弹跳试验分析,得到了不同压缩角度扭簧、不同长度脚趾的弹跳结果。针对机器人多个介电型EAP驱动器控制的需要,分析了多路高压控制的实现方法,在多路高压控制试验的基础上,设计了多路高压控制电路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 介电型EAP 驱动器设计与分析
• 2.1 引言
• 2.2 介电型EAP 驱动器工作原理
• 2.2.1 介电型EAP 变形原理
• 2.2.2 驱动器工作原理
• 2.3 菱形驱动器
• 2.3.1 菱形驱动器设计
• 2.3.2 菱形驱动器试验与分析
• 2.4 锥形驱动器
• 2.4.1 锥形介电型EAP 实现
• 2.4.2 锥形驱动器工作过程
• 2.4.3 预载荷曲线
• 2.4.4 试验
• 2.5 锥形驱动器的性能提高
• 2.5.1 预载荷机构的设计及制作
• 2.5.2 锥形驱动器试验
• 2.6 圆柱形驱动器
• 2.7 本章小结
• 第三章 介电型EAP 驱动弹跳机器人的设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 弹跳机器人的设计及制作
• 3.2.1 总体设计
• 3.2.2 扭簧设计
• 3.2.3 弹跳机器人各部件设计与制作
• 3.2.4 凸轮机构设计与制作
• 3.2.5 弹跳机器人总体装配
• 3.3 本章小结
• 第四章 弹跳机器人分析、仿真与试验
• 4.1 引言
• 4.2 弹跳机器人动力学分析
• 4.3 ADAMS 仿真分析
• 4.3.1 软件简介
• 4.3.2 动力学问题的求解方法
• 4.3.3 虚拟样机仿真过程
• 4.4 弹跳机器人试验分析
• 4.4.1 试验过程
• 4.4.2 扭簧预压缩角度试验
• 4.4.3 脚趾长度试验
• 4.5 本章小结
• 第五章 多路高压输出控制
• 5.1 引言
• 5.2 多路高压输出控制方式
• 5.3 控制电路验证试验
• 5.4 多路高压输出控制系统硬件电路设计
• 5.4.1 总体方案设计
• 5.4.2 控制电路设计
• 5.4.3 无线通信电路
• 5.5 多路高压输出控制系统PCB 设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作与总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文