磁流变弹性体触觉传感作动器设计与特性分析

作     者：吴雨骏 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王炅

授予年度：2015年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：磁流变弹性体 颗粒链模型 触觉传感作动器 材料制备 

摘      要：触觉是一般生物用来感知世界的重要手段。为了逼真的展现人体所能感应的触觉感受,科学家们正大力研究如何通过传感器和机械结构来模拟人体的触觉感受,所谓触觉传感技术就是指利用某些敏感元件和机械结构来模拟人体的触觉感受。磁流变弹性体是一种新兴的智能复合材料,其具有弹性模量及阻尼可控等特性,同时相较于其他智能材料又具有高稳定性的特性。目前采用磁流变弹性体作为触觉传感技术的敏感元件的研究还不够常见,因此采用磁流变弹性体作为触觉传感作动器的主体功能元件具有较大的研究价值和发展空间。本文以触觉反馈技术与磁流变弹性体材料为研究背景,将磁流变弹性体作为主体功能元件应用到触觉传感作动器的设计应用中,主要完成的工作包括：(1)研究磁流变弹性体的压缩弹性模量。在理论上,从微观角度推导了磁流变弹性体磁致弹性模量与磁感应大小和应变的关系式。并从加载磁场方向,制备磁场,材料配比三个方面入手,理论加实验测试分析,找出具有最大绝对磁流变效应和最大相对磁流变效应的磁流变弹性体。(2)对磁流变弹性体触觉传感作动器进行设计。首先对作动器建立模型并优化模型;然后建立数学模型,对模型反馈力进行理论计算;最后通过仿真,对模型各零件参数进行计算。(3)对传统的磁流变弹性体的制备进行优化,从制备温度,加磁方式,材料配比三个方面入手,通过实验对比分析观察,从而制备出具备一定弹性,形变恢复能力较好,内部基体之间没有小间隙,羰基铁粉颗粒在基体中能均匀分布的磁流变弹性体。(4)对研制出的磁流变弹性体触觉传感作动器设计实验测试平台,并对作动器反馈力、加载电流和按钮行程之间的关系进行测试。提出了磁流变弹性体触觉传感作动器在汽车悬挂和脚底按摩器方面的应用方案。