机电一体化专业外文译文

1、重庆科技学院学生毕业设计（论文）外 文 译 文学 院 机械与动力工程学院 专业班级 机械电子工程2011-1 学生姓名 邹辉 学 号 2011444469 译 文 要 求1. 外文翻译必须使用签字笔，手工工整书写，或用A4纸打印。2. 所选的原文不少于10000印刷字符，其内容必须与课题或专业方向紧密相关，由指导教师提供，并注明详细出处。3. 外文翻译书文本后附原文（或复印件）。基于介质弹性体执行机构一个兼容的平移机制摘要：本上在一个平行曲柄的形式的线性致动机构文件报告mech-anism（即双曲柄机构）挂接两个介电弹性体驱动器并联被制造为一个最小能量结构的工作。该结构是通过在聚乙烯拉伸的介电

2、弹性体（DE）的膜（VHB4910）所建立对苯二甲酸酯（PET）的帧，使得从拉伸DE膜所释放的能量是存储在帧作为弯曲的能量。该机制可以输出一个平移运动,根据DE膜的两个电极之间施加的驱动电压。我们建议粘弹性模型对DE薄膜和致动器的框架，以使机械致动器的性能可以更精确地并入机构模型。该模型精确地预测的实验频率响应该机制在不同的电压。此外，反转的基于前馈控制 - LER成功，以进一步验证了该模型对森实施致动器和平行曲柄机构的sorless位置控制铰接式这些驱动器。 DOI：10.1115 / 1.4027167Chuc HUU阮机械，材料学院机械电子工程，卓越的ARC中心Electromateri

3、als科学，卧龙岗大学，卧龙岗，NSW2522，澳大利亚电子邮件：.auGursel Alici1机械，材料学院机械电子工程，卓越的ARC中心Electromaterials科学，卧龙岗大学，卧龙岗，NSW2522，澳大利亚电子邮件：.au拉希姆穆特鲁机械，材料，以及学校机械电子工程，卧龙岗大学，卧龙岗，NSW2522，澳大利亚电子邮件：.au1引言在过去的几十年中，电活性高分子（EAP）有被广泛的研究，并已取得显着进展1。其中EAP驱动器，介质弹性体驱动器（DEAS）被认为是由于其高是最有希望的应变和力输出，容易制造，

4、柔性，重量轻，和低成本2,3。 DEAS在面状体，管的形式，滚，钻，最小的能源结构，隔膜和折弯机已被用于多种应用，包括机器人和机电一体化技术4-9。铰接式与DEAS灵活机制有广泛的应用，特别是在生物医学工程，需要可伸缩的软执行器提供软，全身manipula-化和操作。常规的致动器不能提供这些特点。作为一个例子，Kofod等。 10已经提出了一种自组织最小的能源结构产生MOVE-ments像大自然中的植物有关的感性运动。普兰特11提出了一个二进制致动器，这是一个符合菱形介电弹性体。建议金刚石成形机构能够产生双稳态运动使用在一磁共振成像系内的医疗干预统。后来，乔伊纳德和普兰特12建立了两个双稳拮抗

5、线性和旋转DEAS具有高能量密度二进制机器人和机电一体化。建议拮抗机制提供高出10倍体积能量密度比双稳态（即，触发器）设计铰接与金刚石形和锥形DEAS。锥形线DEA的可以产生一个单向或双向运动是FAB-通过与标准的耦合的介电弹性体膜ricated帧13。伪刚体模型用于优化其大小。腕等。 14报道了一个线性收缩水文静态耦合DEA其采用不可压缩的流体，以机械耦合的介电基活性部分到被动部分连接到所述负载。在这些最重要的限制研究11-15是，他们需要一个复杂的机制，用以生成吃了所需的运动。这可以防止它们被使用在许多应用中，包括生物医学应用，即需要更简单和更紧凑的致动机构。在这种纸，因此，我们提出了一个

6、简单的平行曲柄机构，图。 1，耦合的介电活性部到被动结构，形成了双曲柄拟议四杆的机制。我们利用最少的能源结构的概念10。该机制包括两个弯曲执行器和PET连接杆以产生平移运动垂直于后一电压的应用的连接条年龄最小能量曲柄（即，执行器）。建议平行曲柄机构可以产生平移MOVE-换货或软接触力，这对新的潜力应用在生物医学工程。必须注意的是，DEAS的弹性模量的变化操作过程中，由于粘弹性和非线性特性将DE材料以及其变形的3。这些属性必须在建模DEAS和机制考虑铰接式的执行机构。因此，我们有实验确定了一套传递函数模型，以便精确预测机制的大范围的位置响应的频率和驱动电压。另外，非线性最小平方估计方法被用于识别

7、的关系的位移输出和驱动电压之间。基于反馈传感器控制的理论可能是不实际用于控制电活性聚合物致动器，包括DEAS，由于致动器的尺寸之间的差异显著（示于图17-20），并且传感器。琼斯和Sarban 16已经开发出一种控制器基于丹佛斯保利电源A / S的灰箱模型。在这个控制器中，致动器的参数是假定为常数。内部模型控制器提出采用线性可变差动变压器（LVDT）传感器反馈控制17。在实际应用中，然而，这不是实际应用此控制器，因为没有为没有空间传感器。使用反馈传感器的限制的应用DEAS，特别是在生物医学应用在空间的最重要的。如上所述，为了避免使用外部传感器，我们建议使用反转为基础的前馈控制 - LER控制连

8、杆的位置（作为输出该机制的链接）。我们先前已经开发并进行评价，uated反演为基础的控制器为三的位置控制层导电性聚合物致动器，使用一个黑盒子模型，这些离子型电活性聚合物致动器18。以我们所知最好的，一直没有尝试建立反演为基础的前馈控制器，用于DEAS，这是更实用类电活性聚合物致动器的。那里-脱颖而出，我们提出和评估的inversion-的性能基于控制器的平行曲柄的位移输出机制。呈现的实验结果已经证实该模型在提高位置 - 的疗效和控制器新机制的阐明以最小阅读能力能源DEAS。本文的其余部分安排如下：1.我们介绍了建议的机制和弯曲执行器基于最小能量原理。建模与分析以秒为单位提供概念的执行机构和机制

9、。 2.我们已经提供了实验频率响应的结果在二段确定的传递函数模型。 3.基于所识别的反演的基于前馈控制器传递函数而根据各种输入的实验结果信号显示在5秒，结论和未来的工作是报告6秒。2所提出的机制2.1介质弹性体的工作原理执行器。图2示出了电介质的操作原理弹性体致动器，其中，符合电极施加上两侧的介电材料。当电刺激施加到电极上，麦克斯韦应力变形的介电弹性体和产生的横向位移，其中是致动器的机械输出。正是这种机械输出把它利用来设计不同的驱动配置为了产生所需要的输出。2.2说明弯曲执行器。在本节中，我们描述我们如何工程师介质驱动器，使其gener-茨弯曲运动，如在偏转的悬臂梁。到这个目标，我们采用的最小

10、能量原理19，以构建弯曲致动器，即制成的DE膜拉伸的过的PET架，如图所示。 3. DE膜覆盖在两侧的柔性电极。存储在所述能量拉伸DE膜被部分地传递到柔性框架带来的复合结构（符合frameþDE膜）到一个新的配置以最小的能量。当驱动电压被施加到电极上，该复合结构改变其结构，并产生机械输出。它必须指出的是复合物结构的一个端部被固定在为了提供一个弯曲变在其自由端状一canti-杆梁，如图所示。 4.本cantilev-的弯曲角度ERED复合结构取决于驱动电压，该电介质膜的拉伸比和抗弯刚度（modu-lu的弹性，E，惯性X面积矩，I）帧的。铰接式随着弯折2.3并行曲柄连杆机构ING执行器。

11、我们选择了平行曲柄机构（即，平行四边形），以表现出弯曲致动器的功效基于最小能量原理在产生翻译tional输出。这种单自由度的机构转换旋转（例如，弯曲位移）输入到一个平移以稳定的方式输出，而它的两个曲柄（弯曲的致动器）保持平行和耦合链路的取向不改变。所提出的机制示于图。 5.机器人，NISM由两个弯曲致动器（2介电弹性体执行机构）扮演着两个弯曲关节内置驱动。当驱动电压被施加，如图所示。 6，这两个弯曲致动器被预期具有相同的弯曲位移精神疾病，以便产生CON组的平移运动necting栏，即垂直是在方向上与连接酒吧。3建模和分析概念当驱动电压被施加到DE膜中，MAX-井产生应力2，如以下表示：其中为麦

12、克斯韦应力，为自由空间per-mittivity（8.85*1012 F/m）和马的介电常数terial，V是之间所施加的驱动电压将DE膜的电极，td是膜的厚度。假设DE膜膨胀在x方向，如图所示图。 3.在x方向上的膜的应变由下式给出其中，E d是DE膜的弹性模量。是泊松比。该复合最小能量的曲率弯曲气动执行由于该膜的下施加膨胀员变化电压。这种变化在每个弯曲致动器的曲率为由下式给出20,21。其中，R0是致动器的曲率初始半径。tf，E f分别是厚度和PET帧的弹性模量，A D和A F是DE膜和PET帧的地区，respec-tively。 I D和I f分别为对DE膜的惯性的面积矩，并PET架。通

13、过整合式（2）代入式（3），下述转印功能描述的平方之间的关系输入电压和输出曲率变化获得：如文献中报道的12，基于丙烯酸DE膜材料具有显著粘弹性比硅树脂基的DE膜。在这项研究中，我们使用的丙烯酸系VHB4910（非常高的债券），3M公司作为DE电影。高VIS-该薄膜的coelasticity影响的的弹性模量DE膜，其在操作期间变化。因此，更精确率的数学模型描述的这些弯曲的行为执行机构必须考虑DE薄膜的粘弹行为。为此目的，我们采用标准的线性实体模型，在所示图 7，以描述对DE膜的粘弹性行为。从图7，DE膜的弹性模量的有效如下获得：其中e0表示电介质elas-的弹性模量下一个瞬间应变托默层，E1和c

14、1分别为顷的modu-杆菌属弹性对DE层和粘度，由于于最大延迟角应变和应变后在 - 速率在蠕变曲线stantaneous应变区域4。在PET架的粘弹行为可以表示由开尔文沃伊特模型22,23，如图所示。 8.原因为什么在模型图 7未使用的是，在PET帧是pas-西伯组件一起驱动没有作出积极贡献。那里将没有瞬时应变的应变曲线通往弹性图额外模量。从图7、图8中，有效该帧的弹性模量推导如下：其中e2，C2分别是弹性模量和该帧的阻尼比，分别结合方程（5）和（6），代入式（4）在结果下面的传递函数G B（S）以下表格：其中AI（我¼0，.，4）和Bi（我¼0;:;3）基于参数上的致动器

15、的机械和粘弹性质。附录中提供了如何将这些参数所来源的细节。3.1并行曲柄机构分析，该原理图平行曲柄机构的马蒂奇示于图9。当驱动电压被施加时D，在垂直方向，连接杆移动一个显示tance。其中，L0和h0分别是顷初始长度并且每个弯曲角度致动器。同样地，L和H是最终的长度和弯曲角度，分别在一施加电压。为制成的刚性连杆和关节，L和L0的常规机制是彼此相等。我们构建的标准的四杆机构。但是，它们不彼此相等。这是因为我们已经使用了平行四边形拓扑不会引起任何改变在所述连接杆的平行取向。参考图10，R0顷R 2是在初始曲率和弯曲执行器，最终的曲率分别长度L和L 0，可以得到如下：代公式（9）代入式（8）将导致我

16、们使用下面的泰勒级数展开，以简化式（10）通过整合式（11）代入式（10），所述平移MOVE-获得的联接杆的转换如下：弯曲致动器的曲率半径和角位置之间的几何关系在图中所示的10中，如下获得：其中L f是在弯曲致动器的PET帧的长度。通过结合方程（12） - （14）中，所述直线距离d，是表示如下：从方程（4）和（15），我们得到以下的关系输出“d”和所施加的电压的平方之间：4实验装置和型号识别我们使用VHB4910从3M公司制造的最小能源弯曲执行器。这部电影的两面覆盖导电碳脂。显示的实验装置图11是用来激活机制，并测量其位移输出“D”通过激光位移传感器（ILD1700年至1750年），从微的E

17、psilon Inc.高电压放大器（10/10B-HS）从TREK公司，用于扩增的驱动电压年龄，这是0千伏及7 KV，得到实验之间变化的位移输出和之间的精神关系驱动电压，如图12和13。每个弯曲执行器的准静态弯曲的行为是实验定量，如图所示。 12.所述的变异弯曲角（h）与所施加的电压进行测定，并呈现在图13，它指示一个非线性关系。此发现由该菌株由此产生的事实说明类致动器的正比于所施加的电压的平方年龄（式（2）。同样，我们实验测得的输出位移“D”作为输入电压的函数，如图所示14，那指示该位移“d”是成正比的平方电压高达3 KV。当电压大于3千伏此，关系不成立。这是由于这样的事实，即角h太大近似术

18、语罪（h）同小时，除输入电压和应变之间的固有的非线性（即位移）由此类的执行器产生。我们postu-后期，这两种效应共同导致之间的差异位移数据和图2中的二次曲线拟合图14.我们有，因此，分割该位移输出为三范围：（一）0<V3.0 KV，（二）3.0 KV<=V4.0 KV，（三）4.0 KV<V<=5.0 KV。实验频率响应的位移转换之间的的输出和电压输入的平方为获得这三个范围和图15动态该机制的响应与输入电压由于改变与相关联的粘弹特性和非线性使用丙烯酸基DE材料24.对应于实验数据三个传递函数图15顷实验确定，并以表1所示。传递函数克1-（S）中，G2（s）和G 3（多

19、个）描述该机制在3千伏响应，4千伏和5千伏，respec-tively。这些传递函数的顺序是相同的式中的传递函数（7）。5并行曲柄机构位置控制如上所述，所提出的机制阐明与弯曲致动器可在生物医学应用中可使用空间是有限的。一个inversion-的。因此，发展基于控制器无需使用外部传感器是非常im-portant。从公式。 （16），我们有电压V d被计算为所希望的位移码使用该机制的逆模型G'1（S）。然而，由于hav-荷兰国际集团更大数目的零比极，G'1（S）生成infi-无限的高频增益。因此，低通滤波器H（S）具有被用来限制在高频率的增益，使系统的稳定性18,25。反演为基础的

20、控制系统的示意图是图16描述根据所需的电压V D，其中一个表1中的传递函数被用于的获得G'1（S）机构从方程（16）。的G-1（S）的选择被描述为如下：我们选择正弦波，方波，和三角波来进行评价，审视你们机制的指令跟踪能力没有使用位置传感器（无反馈回路），因此表明传递函数的功效识别实验。该控制器是用G 1和G3中实现，并一个三个传递函数之间切换。结果是示于图。 16-20，这表明，该控制器开关提供了更好的跟踪效果比反演为主CON-控制器与G 1和G3。然而，由于对V D的切换，输出放该控制器包含了一些振荡位移输出，类似于颤动或涟漪在输出中。我们推测，这是由于不连续的控制输入，如所识别的传

21、递函数之间切换到的结果确定控制输入26。为了更好地理解这一点，我们进行了阶跃响应实验。如图21，在输出位移保持在恒定的输入电压增加年龄。这可以归因于的VHB膜27的蠕变。该该膜的应变不断随时间在恒定driv-增加ING电压。对应于该步骤中的控制电压响应结果图 21示于图22.更高CON组控制电压，较高的抗蠕变。在控制电压的脉动（图22（b）的和对应的振荡或振颤在步骤响应（图21（B）也必须予以注意。一个缺点在适当的控制的计算使用的开关的输入的是，它触发蠕变更早。如已经很好文献报道1,28-31，有机硅和丙烯酸系DE材料通常用于构建DE驱动器。而前者具有低粘弹性亏损由于产生低折衷低的机械输出的株（20），后者具有更高的我 - 显著损失械输出因产生非常高的株（300）。在这项研究中，我们已经使用了丙烯酸类DE构建弯曲为了执行器利用其高应变，即使他们表