本文關(guān)鍵詞：IPMC驅(qū)動(dòng)器及在仿人手指設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：離子交換聚合物金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)的機(jī)電特性與生物肌肉相似,被稱為人工肌肉材料。應(yīng)用IPMC致動(dòng)性能開(kāi)發(fā)的執(zhí)行器適用于仿生機(jī)構(gòu)和微機(jī)電系統(tǒng),在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。本文針對(duì)IPMC驅(qū)動(dòng)器及其在仿人手指設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究主要完成了以下工作內(nèi)容：首先,選取懸臂梁狀和方形板狀I(lǐng)PMC致動(dòng)器作為研究對(duì)象。基于數(shù)據(jù)建模和在線辨識(shí)理論,選擇SISO系統(tǒng)的自回歸模型作為懸臂梁狀和方形板狀I(lǐng)PMC致動(dòng)器輸出位移模型,采用最小二乘算法對(duì)模型中未知參數(shù)進(jìn)行更新,得到三階IPMC致動(dòng)器輸出位移自回歸模型,并對(duì)該模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。利用LabVIEW在線辨識(shí)系統(tǒng),基于帶遺忘算子遞歸最小二乘辨識(shí)算法,建立了方形板狀I(lǐng)PMC致動(dòng)器輸出力離散狀態(tài)空間模型。其次,應(yīng)用滑�？刂扑惴▽�(duì)PMC致動(dòng)器輸出位移和輸出力模型的狀態(tài)空間表達(dá)式設(shè)計(jì)了滑�？刂坡�,完成了MATLAB/Simulink仿真實(shí)驗(yàn)和半實(shí)物系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)IPMC致動(dòng)器輸出力滑�？刂茖�(shí)驗(yàn),選取四片尺寸和形狀不同的IPMC致動(dòng)器作為研究對(duì)象,完成了相應(yīng)的滑模控制半實(shí)物系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),并且,在沒(méi)有改變滑�？刂坡手性O(shè)計(jì)參數(shù)值的情況下,實(shí)現(xiàn)了對(duì)上述IPMC致動(dòng)器輸出力跟蹤的滑�？刂�,驗(yàn)證了滑�？刂扑惴ň哂袑�(duì)外界參數(shù)不敏感性。最后,通過(guò)對(duì)人類手指抓取行為和運(yùn)動(dòng)范圍的分析,根據(jù)身體智能理論和人機(jī)工程學(xué)思想,設(shè)計(jì)了一款I(lǐng)PMC驅(qū)動(dòng)指關(guān)節(jié)的仿人欠驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)中指,對(duì)其中的關(guān)鍵部件進(jìn)行了靜力分析。研究了仿人中指的正運(yùn)動(dòng)學(xué)、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和手指末端雅克比矩陣。然后,對(duì)IPMC致動(dòng)器末端輸出位移進(jìn)行了ANSYS仿真分析。建立了仿人中指的MATLAB/SimMechanics模型,對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,驗(yàn)證了IPMC致動(dòng)器作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的有效性,并且滿足仿人手指的設(shè)計(jì)指標(biāo)。最后,驗(yàn)證了滑�？刂艻PMC致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)仿人手指MATLAB/SimMechanics模型的運(yùn)動(dòng)滿足設(shè)計(jì)要求。
【關(guān)鍵詞】：IPMC驅(qū)動(dòng)器 滑�？刂� 仿人手指 驅(qū)動(dòng)力/力矩
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R318.08
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 IPMC簡(jiǎn)介11-12
• 1.2 課題的背景及意義12-13
• 1.3 IPMC在仿生手指驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)16-17
• 第2章 IPMC致動(dòng)器建模17-29
• 2.1 IPMC致動(dòng)器形式簡(jiǎn)介17-18
• 2.2 IPMC建模研究現(xiàn)狀18-19
• 2.3 IPMC輸出位移建模19-25
• 2.3.1 IPMC輸出位移模型選取19-20
• 2.3.2 IPMC輸出位移模型結(jié)果20-22
• 2.3.3 IPMC輸出位移模型簡(jiǎn)化22-25
• 2.4 IPMC輸出力建模25-29
• 2.4.1 微力傳感器調(diào)零和標(biāo)定25-26
• 2.4.2 IPMC輸出力模型選取26-27
• 2.4.3 IPMC輸出力模型結(jié)果27-29
• 第3章 IPMC致動(dòng)器滑�？刂圃O(shè)計(jì)29-41
• 3.1 滑�？刂坪�(jiǎn)介29-32
• 3.1.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制定義29-30
• 3.1.2 指數(shù)趨近律簡(jiǎn)介30-31
• 3.1.3 滑模面參數(shù)設(shè)計(jì)31
• 3.1.4 滑�？刂坡试O(shè)計(jì)31
• 3.1.5 控制系統(tǒng)的收斂性證明31-32
• 3.2 IPMC輸出位移滑�？刂茖�(shí)驗(yàn)32-36
• 3.2.1 IPMC輸出位移蠕變特性32-33
• 3.2.2 IPMC輸出位移滑模控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證33-36
• 3.3 IPMC輸出力滑�？刂茖�(shí)驗(yàn)36-41
• 3.3.1 IPMC輸出力蠕變特性36
• 3.3.2 IPMC輸出力滑�？刂茖�(shí)驗(yàn)驗(yàn)證36-41
• 第4章 基于IPMC驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)仿人手指設(shè)計(jì)41-49
• 4.1 人的手指抓取行為與運(yùn)動(dòng)分析41-42
• 4.2 仿人手指設(shè)計(jì)思想42-44
• 4.2.1 基于身體智能理論的設(shè)計(jì)方法42-43
• 4.2.2 基于人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)方法43-44
• 4.3 仿人欠驅(qū)動(dòng)手指設(shè)計(jì)44-46
• 4.4 仿人手指關(guān)鍵部件的靜力分析46-49
• 第5章 基于IPMC驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)仿人手指分析49-61
• 5.1 手指正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析49-51
• 5.2 手指逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析51-53
• 5.3 手指末端雅克比矩陣分析53-54
• 5.4 手指關(guān)節(jié)IPMC致動(dòng)器輸出位移ANSYS仿真分析54-56
• 5.5 近指關(guān)節(jié)的MATLAB/SimMechanics仿真分析56-61
• 5.5.1 MATLAB/SimMechanics模塊簡(jiǎn)介56
• 5.5.2 仿人手指的MATLAB/SimMechanics動(dòng)力學(xué)分析56-58
• 5.5.3 滑�？刂艻PMC致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)仿人手指的運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證58-61
• 第6章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 工作總結(jié)61
• 6.2 研究展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 致謝67-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69-71
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷71

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本文編號(hào)：402773