面向软体机器人的超弹性体材料制备及服役行为研究

发布时间：2020-08-08 06:07

【摘要】：经过几十年的发展,刚性组件机器人已经帮助制造业发生了革命性的变化,但是它的灵活性不足和越障能力弱,只能在有限的环境里工作,难以满足复杂环境适应性需求。为了能在复杂环境下完成任务,科学家受到大自然软体生物身体结构的启发,从结构和动力学方面仿生软体生物,开展软体机器人设计研究。弹性体材料具有物理、化学性质稳定等特点,是软体机器人制造的理想材料之一。本文对软体机器人用弹性体材料硅橡胶的力学行为开展了理论与实验研究,主要研究工作和结论如下。首先,通过综合对比Ecoflex系列硅橡胶弹性体材料的参数,选择Ecoflex00-30作为实验材料。借助单轴拉伸试验机,测试不同热处理温度、拉伸次数、拉伸时间、掺杂材料等参数下硅橡胶试样的力学行为,运用Origin软件绘制其应力-应变曲线,分析其力学行为的变化规律及影响机制,结果表明,硅橡胶的拉伸力学性能随热处理工艺温度的升高而下降;初始拉伸时间越长,硅橡胶的弹性模量就越小;往复拉伸频率越高,硅橡胶材料的拉伸性能变化越大,即初始弹性模量随拉伸频率的增加而升高;PDMS添加量越多,试样弹性模量越大,硅橡胶材料的抗拉伸性能越强。其次,模仿软体动物躯体结构特点,运用Solidworks设计出半圆型腔室软体致动器模具,借助3D打印机打印出对应的致动器模具,采用Ecoflex 00-30材料制作出软体致动器。通过改变通入腔体气体压强的大小,实现致动器的弯曲变形运动,借助Abaqus对致动器模型进行动力学仿真,与实验结果进行验证性对比分析。最后,充分利用弹性体材料硅橡胶优秀的物理性能,将其应用于半圆型软体腔室致动器设计,并系统研究热处理和掺杂PDMS等参数下腔体结构致动器的结构-材料综合变形行为及力学行为的影响规律,实现对软体致动器材料结构耦合动力学行为研究。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ333.93;TP242
【图文】：

运动实验,软体,纸面,斜坡

图 1.2 软体蚯蚓的纸面运动实验（a）和斜坡运动实验（b）Figure 1.2 Manual movement on the paper (a) and movement on the slope (b)图 1.3.软体仿生机器人：A）Marchese[34]的自主鱼；B）Koichi Suzumori[35]的；C）Ilievski[36]利用软光刻制造简单夹具；D）Seok[37]研究制造的蠕虫运动；E手掌抓握机器人；F）Laschi[31]的软体章鱼机器人Figure 1.3. Software bionic robot: A) Marchese[34]autonomous fish; B) Koichi Staid robot fish; C) Ilievski[36]using soft lithography to make simple fixtures ied the manufacturing of worm movements; E) Deimel[38]palm gripping robot; F

软体,仿生机器人,简单夹具,机器人

图 1.3.软体仿生机器人：A）Marchese[34]的自主鱼；B）Koichi Suzumori[35]的C）Ilievski[36]利用软光刻制造简单夹具；D）Seok[37]研究制造的蠕虫运动；E掌抓握机器人；F）Laschi[31]的软体章鱼机器人igure 1.3. Software bionic robot: A) Marchese[34]autonomous fish; B) Koichi Sid robot fish; C) Ilievski[36]using soft lithography to make simple fixtures d the manufacturing of worm movements; E) Deimel[38]palm gripping robot; Fare octopus robot

化学凝胶,尺蠖,运动实验,软体

图 1.1 基于化学凝胶的仿生尺蠖Figure 1.1 Biomimetic ruler based on chemical gel图 1.2 软体蚯蚓的纸面运动实验（a）和斜坡运动实验（b）ure 1.2 Manual movement on the paper (a) and movement on the slope

【参考文献】