IPMC多單元致動(dòng)器的性能優(yōu)化和控制研究.pdf

1、IPMC（IonicPolymer Metal Composite）作為一種離子型電致動(dòng)聚合物（EAP）智能材料，具有驅(qū)動(dòng)電壓小、應(yīng)變大、質(zhì)量輕、柔韌性好和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此，在仿生制造等領(lǐng)域，凸顯其重要的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前，有關(guān)于IPMC作為驅(qū)動(dòng)器方面的研究，主要集中于將單片IPMC直接作為驅(qū)動(dòng)部件，這種方式表現(xiàn)出其輸出力小、運(yùn)動(dòng)形式單一等缺陷，在一定程度上限制其在工程實(shí)踐中的發(fā)展。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種新型的IPMC多單元致動(dòng)器結(jié)

2、構(gòu)，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了研制，并將其應(yīng)用在仿生魚(yú)尾中。
　　首先，分析了IPMC的制備原理及工藝流程，從三個(gè)方面優(yōu)化并改進(jìn)其工藝流程。通過(guò)改變其浸泡在銀氨溶液的溫度，從而縮短了制備工藝周期；對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品進(jìn)行定量分析，規(guī)范實(shí)驗(yàn)藥品用量，降低了成本；優(yōu)化了電極層制備工藝，增強(qiáng)了電極的導(dǎo)電性能，從而改善了IPMC致動(dòng)性能。
　　其次，在IPMC工藝流程改進(jìn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化并研究了IPMC多單元致動(dòng)器。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，確定了單片IPMC最佳

3、輸出性能的尺寸結(jié)構(gòu)；采用單片對(duì)稱(chēng)布置的方式，構(gòu)造了IPMC單元結(jié)構(gòu)，并對(duì)其電極塊內(nèi)層尺寸進(jìn)行優(yōu)化；對(duì)串、并聯(lián)兩種形式的IPMC多單元致動(dòng)器結(jié)構(gòu)的進(jìn)行了性能測(cè)試與分析，確定了IPMC多單元致動(dòng)器的組合形式；最后，測(cè)試不同電信號(hào)下IPMC多單元致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)性能。
　　然后，研制了IPMC多單元致動(dòng)器的控制系統(tǒng)，其主要模塊包括信號(hào)發(fā)生模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊和按鍵模塊等。通過(guò)控制系統(tǒng)中硬件和軟件的協(xié)調(diào)配合，能夠輸出﹣5~﹢5V范圍內(nèi)