国家自然科学基金(51305209)
- 作品数：15 被引量：35H指数：4
- 相关作者：朱银龙王化明周宏平罗华安汪洋更多>>
- 相关机构：南京林业大学南京航空航天大学南京信息职业技术学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金江苏省自然科学基金江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术一般工业技术机械工程金属学及工艺更多>>
- 介电型电活性聚合物圆柱驱动器特性被引量：4
- 2014年
- 介电型电活性聚合物(Electroactive polymer,EAP)驱动器的动、静态特性是其合理使用及优化设计的重要依据。构建圆柱形驱动器几何模型描述其几何变形,结合EAP膜机电耦合方程推导驱动器轴向线性运动的动力学方程。驱动器的电压-位移数值计算结果显示内外层EAP膜柔性电极涂覆方式会影响驱动器位移。基于驱动器的电压位移关系,对其主要失效形式进行讨论。将基于neo-Hookean弹簧的1个时间常数黏弹性模型修正为具有2个时间常数的模型,并将2种模型运用于阶跃和周期电压激励下的驱动器动态响应研究。理论计算与试验结果的对比分析表明,2个时间常数的黏弹性模型对驱动器的动态位移描述更为准确。在周期激励电压下,提高频率会显著减小驱动器位移幅值,驱动器的'激励死区'会减小其振动中心偏移及振动幅度。
- 罗华安王化明游有鹏朱银龙杨位东
- 关键词：电活性聚合物电压激励
- 介电型电活性聚合物传感单元设计被引量：3
- 2017年
- 基于介电型电活性聚合物(DEAP)变形时的电容变化原理,设计并实现一种传感单元,其内框可在平面内移动,用于检测平面位移。建立该传感单元的几何模型,得出其电容变化和内框位移的关系。采用差动测量法测量敏感单元电容变化,建立了面对面敏感单元的电容差值和内框平移量的关系。利用该传感单元设计了一个二自由度角度传感器用来测量关节转角,同样采用差动测量法建立了电容差值和转角的关系。实验测得其沿X轴和Y轴平移灵敏度为-57.2 pF/mm和-58.0 pF/mm,绕X轴和Y轴旋转灵敏度为-139.4 pF/(°)和141.6 pF/(°)。测试结果与分析结果较为吻合,验证了DEAP应用于位移传感器和角度传感器的可行性。
- 王化明陈峰洪李鹭扬汪洋朱银龙
- 集成传感功能的介电弹性体驱动器研究
- 2016年
- 以介电弹性体材料为研究对象,设计一种集成传感功能的往复式直线驱动器。分析直线驱动器的工作原理,利用一个驱动单元的力行程曲线叠加构成直线式驱动器的工作特性曲线。建立介电弹性体驱动器的数学模型,利用数值解法计算出电压激励下介电弹性体驱动器的工作行程与输出力之间的关系,给出驱动器长度与工作行程的关系。同时给出驱动器工作过程中,介电弹性体薄膜内部的应力和应变分布情况,并给出驱动器不同工作位置的传感器电容值。试验结果与分析结果较好吻合,研究结果可以为介电弹性体驱动器的设计提供有力的支持。
- 朱银龙葛路伟周宏平王化明
- 关键词：介电弹性体驱动器传感器
- 弯曲型介电型电活性聚合物驱动器的建模研究被引量：3
- 2016年
- 介电型电活性聚合物(DEAP)由于其大应变,高效率及高能量密度等优点,在仿生机器人领域具有广泛的应用前景。该文设计制作了一种可实现弯曲变形的DEAP驱动器,根据弹性大变形理论建立驱动器的机电耦合模型,通过微分方程组的迭代求解获得激励电压与输出角度、侧向输出力之间的关系。试验结果表明,在5kV电压下,该驱动器可产生最大75°的弯曲角度,最大侧向输出力达到0.7N。试验结果与理论结果较吻合,验证了驱动器设计与分析的有效性。以该驱动器为驱动单元,构建了一种仿生爬行机器人,初步试验表明了该类型驱动应用于仿生机器人的可行性,可为仿生机器人摆动驱动提供一种新的实现方法。
- 黄青云王化明朱银龙杨位东
- 三自由度介电型EAP软材料位置传感器研究
- 2016年
- 基于介电型电活性聚合物(EAP)变形时的电容值变化原理,设计并实现一种三自由度软材料位置传感器,其内框可沿平面和法向移动,分别用于检测平面和法向位移。建立该传感器的几何模型,推导出其电容值变化和内框位移的关系。采用差分法测试该传感器的电容值变化,分析了面对面两个传感单元的电容值差和内框的平面位移、单个传感单元的电容值和内框的法向位移之间的关系,测试得到其平面和法向位移灵敏度分别为66.69pF/mm、0.47pF/mm^2,与理论分析结果较吻合。该位置传感器的理论与测试分析结果验证了介电型EAP应用于位置传感器中的可行性。
- 陈峰洪王化明李鹭扬汪洋
- 关键词：传感器
- 介电型电活性聚合物圆柱形驱动器的驱动效率被引量：2
- 2016年
- 研究了介电型电活性聚合物(DEAP)驱动器的机电能量转换机理、能量损耗和驱动效率。建立了驱动器机电能量转换模型,并通过试验测算了驱动器等效电路的模型参数,分析了电极材料等因素对DEAP相对介电常数的影响。深入研究了驱动器漏电流损耗,试验验证了漏电流对驱动器性能的影响。最后,设计了驱动器驱动试验台,完成了不同行程的准静态驱动试验,数值计算了驱动器的驱动效率。结果表明:由于等效电路电容未参与能量转换,驱动器机电转换效率分别为17.6%和25.6%。低电压、小行程驱动时,试验误差与理论分析误差不超过15%;而高电压、大行程驱动时,DEAP膜的漏电流等非线性因素使其驱动效率变化明显。该结果可为DEAP圆柱形驱动器的优化设计及合理使用提供指导。
- 罗华安王化明朱银龙左方睿汪洋
- 关键词：机电能量转换漏电流
- 超弹性介电型EAP圆柱形驱动器变激励电压下动态响应分析被引量：1
- 2015年
- 超弹性电活性聚合物(electroactive polymer,EAP)圆柱形驱动器的动态特性是进行合理设计、使用及优化驱动器的重要依据。结合介电型EAP机电耦合方程,构建了驱动器轴向线性运动的动力学方程。通过计算得到驱动器的电压-轴向位移曲线,研究了驱动器在准静态点附近的稳定性。最后,分析了驱动器在施加阶跃和周期电压激励时的动态响应。结果表明,在有效工作范围内驱动器是稳定的,阶跃电压激励使驱动器在准静态点附近产生轴向振动,周期电压使驱动器产生包含自振的拟周期轴向振动。进一步分析表明,阶跃电压激励更易导致驱动器的电击穿失效。
- 朱银龙王化明罗华安周宏平
- 介电型电活性聚合物驱动转动关节控制技术研究被引量：5
- 2015年
- 介电型电活性聚合物(Dielectric electroactive polymer,DEAP)具有大应变、高效率、高能量密度等优点,在仿生机器人领域具有广泛的应用前景。基于生物关节驱动原理及圆柱形驱动器特点设计了单自由度转动关节。根据弹性大变形理论建立驱动器DEAP膜的机电耦合模型,通过微分方程组的迭代求解可获得关节输入电压与输出角度之间的非线性关系,但计算工作量大。将小脑模型关节控制器CMAC(Cerebellar model articulation controller)神经网络与PD控制器相结合实现输出角度与输入电压之间的非线性映射,避免了复杂计算过程。阶跃和正弦参考信号的跟踪控制试验验证了CMAC神经网络控制的可行性。
- 朱银龙张鑫焱王化明周宏平
- 关键词：跟踪控制PD控制器
- 介电型电活性聚合物的发电特性研究
- 2017年
- 介电型电活性聚合物(Dielectric electroactive polymer,简称DEAP)作为一种新型智能材料,可与风力、水力结合作为一种新型的电能获取形式,将机械能转换为电能。分析DEAP发电机理、发电过程,比较恒电荷、恒电压、恒电场三种工作形式,确定选择恒电荷工作形式。讨论DEAP薄膜的发电机理和工作过程,分析了DEAP换能器的能量转换关系。基于建立的换能器模型,计算出一个工作循环换能器的发电量、输入的机械功和机电能量转换效率,同时确定初始电压、拉伸位移是影响发电量、能量转换效率的主要因素。并对此进行试验研究,试验结果验证了理论分析的准确性。
- 朱银龙习爽苏晓芳刘英王化明
- 关键词：发电特性能量转换
- 介电型电活性聚合物驱动器机电耦合特性被引量：5
- 2013年
- 研究了介电型电活性聚合物（DEAP）的机电耦合特性，分析了电场作用下DEAP的受力情况，结合超弹性理论建立了DEAP的非线性机电耦合本构模型。对电场作用下圆形结构DEAP驱动器的变形行为进行建模研究，给出Yeoh形式的DEAP本构方程、平衡方程和边界条件。通过求解微分方程组得出DEAP驱动器薄膜中的主延伸率和主应力分布，同时分析了预拉伸率、驱动器主动区域面积及激励电压对驱动器变形的影响。利用试验研究了电激励下的圆形驱动器变形行为，试验结果与理论分析比较吻合，从而验证了本构模型的正确性。研究表明：预拉伸率取值为3～4比较合适。
- 朱银龙王化明
- 关键词：驱动器机电耦合
