基于人工肌肉的微撲翼驅(qū)動技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著新型能源、輕型智能材料以及MEMS技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，飛行器的小型化、微型化越來越受到人們的重視。離子聚合物金屬復(fù)合物(IonicPolymer-Metal Composites，IPMC)是一種新型電致動聚合物，具有驅(qū)動電壓低、變形量大、柔性好等特點被廣泛應(yīng)用于仿生微驅(qū)動領(lǐng)域。與傳統(tǒng)機構(gòu)相比，IPMC材料無需機械傳動機構(gòu)，質(zhì)量輕，適宜微型化，是當(dāng)前微撲翼驅(qū)動的較佳選擇，具有很好的應(yīng)用前景。本文提出采用梯度IPMC結(jié)構(gòu)提高IP

2、MC性能、制備圖案化電極實現(xiàn)IPMC的三維驅(qū)動，同時將IPMC作為微撲翼驅(qū)動器對其撲動力進行研究，為IPMC應(yīng)用于仿生撲翼驅(qū)動領(lǐng)域提供參考依據(jù)。
　　為了制備性能良好的IPMC驅(qū)動器，本文通過實驗總結(jié)了鉑電極IPMC化學(xué)鍍工藝，并通過自澆鑄的方式得到了Nation基膜。設(shè)計了IPMC位移測試系統(tǒng)和基于LabVIEW的輸出力測試系統(tǒng)，并對IPMC性能進行了測試。本文采用梯度結(jié)構(gòu)來提高IPMC的性能，用澆鑄方法得到厚度方向有梯度的Na

3、tion基膜，再通過化學(xué)鍍制備得到三種不同梯度的IPMC，并進行性能測試對比，實驗證明梯度IPMC變形位移和輸出力同時得到提高。
　　圖案化電極IPMC可以實現(xiàn)三維扭轉(zhuǎn)運動。本文利用在Nafion基膜上貼覆掩膜膠帶，再進行化學(xué)鍍的方法得到圖案化電極IPMC。實驗研究了圖案化電極間基體材料剛度以及電極間水合陽離子對IPMC扭轉(zhuǎn)角度影響規(guī)律。使用PI膠帶將兩片IPMC粘貼成兩片貼合式IPMC，研究了電極間距與圖案化電極IPMC扭轉(zhuǎn)角度

4、之間的規(guī)律。制備并測試了電極間距分別為3mm、5mm、7mm的IPMC，實驗結(jié)果表明，隨著電極間距的增大，IPMC具有更好的變形能力，可獲得更大的扭轉(zhuǎn)角度。貼覆掩膜膠帶的圖案化電極IPMC比兩片貼合的IPMC具有更大的扭轉(zhuǎn)角度。
　　本文設(shè)計并制造了兩種不同翅膀幅面的IPMC撲翼機構(gòu)以及兩種圖案化電極的IPMC撲翼機構(gòu)。針對撲翼機構(gòu)的撲動力進行了研究，實驗結(jié)果表明撲翼機構(gòu)在共振頻率驅(qū)動下的撲動力最大，并與驅(qū)動波形有較好的一致性。翅