IPMC多單元致動器的性能優(yōu)化和控制研究.pdf

1、IPMC（IonicPolymer Metal Composite）作為一種離子型電致動聚合物（EAP）智能材料，具有驅(qū)動電壓小、應變大、質(zhì)量輕、柔韌性好和功耗低等優(yōu)點，因此，在仿生制造等領域，凸顯其重要的應用價值。當前，有關于IPMC作為驅(qū)動器方面的研究，主要集中于將單片IPMC直接作為驅(qū)動部件，這種方式表現(xiàn)出其輸出力小、運動形式單一等缺陷，在一定程度上限制其在工程實踐中的發(fā)展。針對上述問題，本文提出了一種新型的IPMC多單元致動器結

2、構，對其控制系統(tǒng)進行了研制，并將其應用在仿生魚尾中。
　　首先，分析了IPMC的制備原理及工藝流程，從三個方面優(yōu)化并改進其工藝流程。通過改變其浸泡在銀氨溶液的溫度，從而縮短了制備工藝周期；對實驗藥品進行定量分析，規(guī)范實驗藥品用量，降低了成本；優(yōu)化了電極層制備工藝，增強了電極的導電性能，從而改善了IPMC致動性能。
　　其次，在IPMC工藝流程改進的基礎上，優(yōu)化并研究了IPMC多單元致動器。通過實驗分析，確定了單片IPMC最佳

3、輸出性能的尺寸結構；采用單片對稱布置的方式，構造了IPMC單元結構，并對其電極塊內(nèi)層尺寸進行優(yōu)化；對串、并聯(lián)兩種形式的IPMC多單元致動器結構的進行了性能測試與分析，確定了IPMC多單元致動器的組合形式；最后，測試不同電信號下IPMC多單元致動器的驅(qū)動性能。
　　然后，研制了IPMC多單元致動器的控制系統(tǒng)，其主要模塊包括信號發(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)