【摘要】：經(jīng)過幾十年的發(fā)展,剛性組件機器人已經(jīng)幫助制造業(yè)發(fā)生了革命性的變化,但是它的靈活性不足和越障能力弱,只能在有限的環(huán)境里工作,難以滿足復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性需求。為了能在復(fù)雜環(huán)境下完成任務(wù),科學(xué)家受到大自然軟體生物身體結(jié)構(gòu)的啟發(fā),從結(jié)構(gòu)和動力學(xué)方面仿生軟體生物,開展軟體機器人設(shè)計研究。彈性體材料具有物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點,是軟體機器人制造的理想材料之一。本文對軟體機器人用彈性體材料硅橡膠的力學(xué)行為開展了理論與實驗研究,主要研究工作和結(jié)論如下。首先,通過綜合對比Ecoflex系列硅橡膠彈性體材料的參數(shù),選擇Ecoflex00-30作為實驗材料。借助單軸拉伸試驗機,測試不同熱處理溫度、拉伸次數(shù)、拉伸時間、摻雜材料等參數(shù)下硅橡膠試樣的力學(xué)行為,運用Origin軟件繪制其應(yīng)力-應(yīng)變曲線,分析其力學(xué)行為的變化規(guī)律及影響機制,結(jié)果表明,硅橡膠的拉伸力學(xué)性能隨熱處理工藝溫度的升高而下降;初始拉伸時間越長,硅橡膠的彈性模量就越小;往復(fù)拉伸頻率越高,硅橡膠材料的拉伸性能變化越大,即初始彈性模量隨拉伸頻率的增加而升高;PDMS添加量越多,試樣彈性模量越大,硅橡膠材料的抗拉伸性能越強。其次,模仿軟體動物軀體結(jié)構(gòu)特點,運用Solidworks設(shè)計出半圓型腔室軟體致動器模具,借助3D打印機打印出對應(yīng)的致動器模具,采用Ecoflex 00-30材料制作出軟體致動器。通過改變通入腔體氣體壓強的大小,實現(xiàn)致動器的彎曲變形運動,借助Abaqus對致動器模型進行動力學(xué)仿真,與實驗結(jié)果進行驗證性對比分析。最后,充分利用彈性體材料硅橡膠優(yōu)秀的物理性能,將其應(yīng)用于半圓型軟體腔室致動器設(shè)計,并系統(tǒng)研究熱處理和摻雜PDMS等參數(shù)下腔體結(jié)構(gòu)致動器的結(jié)構(gòu)-材料綜合變形行為及力學(xué)行為的影響規(guī)律,實現(xiàn)對軟體致動器材料結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)行為研究。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ333.93;TP242
【圖文】：

圖 1.2 軟體蚯蚓的紙面運動實驗（a）和斜坡運動實驗（b）Figure 1.2 Manual movement on the paper (a) and movement on the slope (b)圖 1.3.軟體仿生機器人：A）Marchese[34]的自主魚；B）Koichi Suzumori[35]的；C）Ilievski[36]利用軟光刻制造簡單夾具；D）Seok[37]研究制造的蠕蟲運動；E手掌抓握機器人；F）Laschi[31]的軟體章魚機器人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

圖 1.3.軟體仿生機器人：A）Marchese[34]的自主魚；B）Koichi Suzumori[35]的C）Ilievski[36]利用軟光刻制造簡單夾具；D）Seok[37]研究制造的蠕蟲運動；E掌抓握機器人；F）Laschi[31]的軟體章魚機器人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

圖 1.1 基于化學(xué)凝膠的仿生尺蠖Figure 1.1 Biomimetic ruler based on chemical gel圖 1.2 軟體蚯蚓的紙面運動實驗（a）和斜坡運動實驗（b）ure 1.2 Manual movement on the paper (a) and movement on the slope

【參考文獻】

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1 王緒;費燕瓊;許紅偉;朱宇航;;仿尺蠖蠕動模塊化軟體機器人的設(shè)計[J];高技術(shù)通訊;2015年Z1期

2 王國彪;陳殿生;陳科位;張自強;;仿生機器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];機械工程學(xué)報;2015年13期

3 楊猛;周樹柏;劉鳳岐;;智能水凝膠的研究進展[J];化工科技;2015年01期

4 何斌;王志鵬;唐海峰;;軟體機器人研究綜述[J];同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年10期

5 王坤;馮靜安;王衛(wèi)兵;;仿生機器魚的水下探測和避障控制[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年10期

6 簡小剛;王葉鋒;楊鵬春;;基于蚯蚓蠕動機理的仿生機器人研究進展[J];中國工程機械學(xué)報;2012年03期

7 曹玉君;尚建忠;梁科山;范大鵬;馬東璽;唐力;;軟體機器人研究現(xiàn)狀綜述[J];機械工程學(xué)報;2012年03期

8 鄭小林;張瑞強;楊軍;金慶輝;許蓉;趙建龍;;PDMS表面修飾方法的研究進展[J];材料導(dǎo)報;2009年15期

9 付宜利;李顯凌;梁兆光;;基于形狀記憶合金的自主導(dǎo)管導(dǎo)向機器人設(shè)計[J];機械工程學(xué)報;2008年09期

10 黨智敏;王海燕;彭勃;雷清泉;;高介電常數(shù)的聚合物基納米復(fù)合電介質(zhì)材料[J];中國電機工程學(xué)報;2006年15期

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1 吳秀麗;劉智明;王新鵬;郭周義;;pH對PDDA/GO水凝膠吸附臺盼藍(lán)的影響研究[A];廣東省生物物理學(xué)會2013年學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2013年

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1 張新彬;基于表面張力的仿水黽機器人研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

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2 宋艷;基于形狀記憶合金的仿生鰭條結(jié)構(gòu)設(shè)計及實驗研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

3 莫桂冬;仿壁虎機器人腳掌粘性材料的仿生學(xué)研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

4 倪杰;壁虎機器人腳掌仿生材料的設(shè)計和制備研究[D];南京航空航天大學(xué);2005年

本文編號：2785168