《新型IPMC人工肌肉五指靈巧手的研究》是依託南京航空航天大學，由李華峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型IPMC人工肌肉五指靈巧手的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李華峰
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
探索由IPMC人工肌肉構成五指柔性靈巧手及其伺服控制技術。該靈巧手將突破傳統驅動模式，集驅動、傳動和姿態感測於一體，具有結構簡單、低壓驅動、動作柔順等獨特特點，開闢靈巧手發展的新途徑。主要內容包括：自主研發所需的高性能、多分區IPMC材料；單指的驅動及其姿態檢測技術；在單指動力學分析基礎上建立其控制模型，並從施加阻尼和選擇反饋控制算法等方面抑制手指的低頻諧振和殘餘振動；結合柔性運動分解與合成控制，探討單指的基本控制規律；以實現儘可能多的人手動作為目標，對靈巧手進行運動學分析和整體結構最佳化設計，合理安排各手指布局；建立靈巧手機電耦合模型，對其進行動力學性能分析及結構最佳化，以獲得良好的動態性能；設計靈巧手操作軌跡及運動規划算法，結合姿態感測和協調控制策略，實施靈巧手位姿控制，最終構建伺服控制與柔性傳動功能兼備的柔性靈巧手。該靈巧手擬人化程度更高且具有微型化前景，有著重要的研究價值。
結題摘要
本項目研究IPMC材料的機電性能，並探索由它構成柔性靈巧手及其伺服控制技術。項目組改進了材料和製備工藝，製備了Pt電極型以及格線基體的IPMC薄膜，其中格線Pt電極型IPMC薄膜在5min內沒有發生回彈現象，提高了IPMC的電回響穩定性；測量了IPMC在不同頻率的激勵電壓下電流、末端力和位移的關係，結果表明， IPMC是電學容性負載，在0.5Hz頻率的電壓激勵下能取得較好的綜合性效果；基於Nemat-Nasser的耦合分析並利用能量守恆定律，構建了集電學、化學、力學和流體的四場耦合IPMC電回響模型，由此得出IPMC薄膜末端位移回響與其關鍵參數(根部和自由段內含水量、內部應力和應變、楊氏模量等)之間的關係，仿真精度提高到13%（傳統Nemat-Nasser模型對本文中IPMC計算誤差為72%）。為簡化計算，同時在ANSYS平台上構建了IPMC單指致動模型；研究了PVDF壓電薄膜的感測性能，並將之作為感測器與IPMC組合在一起進行了單指驅動及姿態檢測技術研究；以機器人位姿描述和齊次變換理論為基礎，結合單元IPMC彎曲時端部位姿映射關係，研究了三指多指節柔性機械手的運動學方程，並用抓取力封閉判據探討了該機械手的抓取穩定性；根據手指操作軌跡設計靈巧手布局，並用ADMAS進行了仿真分析；實際製作IPMC柔性靈巧手，並進行了部分抓取實驗，充分體現出該材料高效、柔順和推重比大的優點。
