《濕度和電激勵的新型作動器及其主動作動行為研究》是胡舜迪為項目負責人，寧波大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：濕度和電激勵的新型作動器及其主動作動行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡舜迪
- 依託單位：寧波大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
PEDOT/PSS薄膜是一種能夠在濕度和電作用下產生明顯形態伸縮的多場耦合智慧型材料，具有驅動電壓較低、濕度回響靈敏、機電性能和生物相容性好等特點，有望作為生物作動器在生物醫學工程領域發揮重要作用。本項目擬基於PEDOT/PSS材料，設計濕度和電混合作用的實驗載入方式，探索材料多場耦合效應，建立濕度-應變及電壓-應變的本構關係，闡明PEDOT/PSS作動器的作動行為機制。以PEDOT/PSS為作動源，構建PEDOT/PSS層合梁式新型智慧型作動機構，發展層合梁結構在濕度和電混合作用下的多場耦合動力學模型。搭建實驗平台，開展PEDOT/PSS層合梁式作動器的分散式作動行為的理論和實驗研究，評估新型作動器的作動與形變能力。通過最佳化設計結構參數，結合濕度和電壓控制策略，實現智慧型作動器的往復作動功能。本項目將發展濕度與電混合作用下的智慧型結構主動作動技術並為其在生物醫學工程領域的套用提供理論基礎。
結題摘要
針對PEDOT:PSS智慧型材料的濕度和電壓激勵特性，建立了PEDOT:PSS薄層結構在濕度和電激勵作用下的力、電、濕度耦合本構關係和層合薄板結構的動力學模型，給出了基於濕度和電壓作用的智慧型層合板的動力學控制方程。發展了智慧型層合梁式作動器在PEDOT:PSS/被動彈性層/PEDOT:PSS層合梁模式下的力學控制方程，並在此基礎上建立了基於濕度和電壓控制的分散式作動器模型。研究了層合分散式作動器的準靜態形變控制和主動作動行為特徵，並深入分析了作動片的尺寸和位置、控制電壓、相對濕度、層合厚度和楊氏模量對作動器形變的影響，為進一步多作動器形態控制和動力學控制奠定關鍵基礎。基於新型作動器模型，設計了基於PEDOT層合梁結構的具有往復作動功能的智慧型濕度調控機構和非接觸式細胞操控方式和裝置，為柔性機器人在濕度環境下的新型主動作動模式以及高精度相對濕度感測探測提供了新的思路。 針對基於PEDOT:PSS智慧型結構的建模和作動研究，考慮一定的非線性關係，隱函式模型法對於擬合具有複雜非線性和非對稱的擬合具有非常高的擬合精度和擬合效率。基於隱函式模板法對非線性關係進行了擬合計算，研究證明了模板波形對非線性系統擬合的有效性，並開展了吸濕和解濕過程中的濕度-應變和電壓-應變本構關係的構建研究。 搭建了實驗測試平台，詳細描述了恆溫恆濕箱溫度控制的實驗結果。通過在同一個恆溫恆濕箱運行模糊PID參數自整定和傳統PID控制算法，驗證了模糊PID參數自整定的溫度控制效果（包括溫度控制精度、回響速度、溫度超調以及穩態溫度波動範圍）都優於傳統PID控制。通過在1號和2號控溫控濕箱的運行實驗，驗證了模糊PID參數自整定控制算法具有較好的魯棒性。本實驗的研究為開展電壓和濕度激勵的柔性機器人的進一步環境套用提供了實驗平台基礎。
