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介电型电活性聚合物传感单元设计

农业机械学报 2017年第3期48卷 383-389页

作者：王化明陈峰洪李鹭扬汪洋朱银龙南京航空航天大学机电学院南京210016 扬州大学机械工程学院扬州225000 南京林业大学机械电子工程学院南京210037

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... 详细信息

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。

关键词：介电型电活性聚合物传感单元差动测量关节转角测量

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介电型电活性聚合物圆柱形驱动器的驱动效率

光学精密工程 2016年第8期24卷 1980-1990页

作者：罗华安王化明朱银龙左方睿汪洋南京信息职业技术学院机电学院江苏南京210023 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

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... 详细信息

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。

关键词：介电型电活性聚合物圆柱形驱动器机电能量转换驱动效率漏电流

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介电型电活性聚合物驱动器机电耦合特性

农业机械学报 2013年第12期44卷 301-306页

作者：朱银龙王化明南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京航空航天大学机电学院南京210016

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... 详细信息

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。

关键词：介电型电活性聚合物驱动器机电耦合

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介电型电活性聚合物能量收集方法研究

农业机械学报 2015年第9期46卷 362-367页

作者：朱银龙王化明周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京航空航天大学机电学院南京210016

介电型电活性聚合物(DEAP)作为一种新型智能材料,与风力、水力相结合,可作为一种新的能量收集方法。研究DEAP能量收集的可行性,讨论了DEAP的发电机理和工作过程。根据换能器工作状态的形变过程,利用弹性大变形理论建立了DEAP换能器的数... 详细信息

介电型电活性聚合物(DEAP)作为一种新型智能材料,与风力、水力相结合,可作为一种新的能量收集方法。研究DEAP能量收集的可行性,讨论了DEAP的发电机理和工作过程。根据换能器工作状态的形变过程,利用弹性大变形理论建立了DEAP换能器的数学模型,通过对模型的求解计算出换能器推程、回程的力-位移曲线。据此,得出DEAP换能单元工作过程输入的机械能、发电量和相应能量转换效率。提出了一种多换能器集成使用以提高系统发电效率的方法。理论分析和试验数据表明:初始电压和拉伸位移是影响发电量、能量转换效率的关键因素。随着多换能单元的应用,系统的总效率可提高到28%以上。同时,外界输入扭矩的数值波动越来越小。

关键词：介电型电活性聚合物换能器发电特性能量转换

介电型电活性聚合物驱动转动关节控制技术研究

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农业机械学报 2015年第7期46卷 333-338,332页

作者：朱银龙张鑫焱王化明周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京航空航天大学机电学院南京210016

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... 详细信息

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。

关键词：介电型电活性聚合物转动关节跟踪控制小脑模型关节控制器神经网络 PD控制器

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介电型电活性聚合物应变响应的优化

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第10期43卷 123-127页

作者：陈洁李玉麒郑国华新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047 新疆大学化学化工学院新疆乌鲁木齐830047

为了得到最佳DEAP(介电型电活性聚合物)变形量,用正交试验法综合分析了电场强度、预拉伸率、柔性电极厚度、预拉伸后放置时间、柔性电极填充粒子五个因素对DEAP应变响应产生的影响,同时对各因素的显著性进行了数量对比分析.研究结果推... 详细信息

为了得到最佳DEAP(介电型电活性聚合物)变形量,用正交试验法综合分析了电场强度、预拉伸率、柔性电极厚度、预拉伸后放置时间、柔性电极填充粒子五个因素对DEAP应变响应产生的影响,同时对各因素的显著性进行了数量对比分析.研究结果推导出各因素对DEAP变形量的影响大小,顺序依次为电场强度、柔性电极填充粒子、预拉伸后放置时间、预拉伸率、柔性电极厚度,确定了最佳制备参数,并指出在最佳制备参数的条件下制得的DEAP变形量为221.3%.

关键词：智能材料介电型电活性聚合物正交实验方差分析优化设计显著性

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介电型电活性聚合物的发电特性研究

机械强度 2017年第6期39卷 1353-1359页

作者：朱银龙习爽苏晓芳刘英王化明南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京航空航天大学机电学院南京210016

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... 详细信息

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。

关键词：介电型电活性聚合物 DEAP 发电特性能量转换

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弯曲型介电型电活性聚合物驱动器的建模研究

压电与声光 2016年第1期38卷 19-23页

作者：黄青云王化明朱银龙杨位东南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

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... 详细信息

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。

关键词：介电型电活性聚合物弯曲型驱动器机电耦合模型

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介电型EAP驱动的转动关节研究

压电与声光 2012年第4期34卷 541-544页

作者：杨斌王化明吴孟南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016

基于介电型电活性聚合物(EAP)的优点,设计、实现了该材料驱动的转动关节。根据介电型EAP的变形原理设计、制作了圆柱形驱动器,其输出最大位移约为11mm,伸长应变达到33.8%,并对输出力-位移特性进行测试。基于该型驱动器实现了转动关节,... 详细信息

基于介电型电活性聚合物(EAP)的优点,设计、实现了该材料驱动的转动关节。根据介电型EAP的变形原理设计、制作了圆柱形驱动器,其输出最大位移约为11mm,伸长应变达到33.8%,并对输出力-位移特性进行测试。基于该型驱动器实现了转动关节,转角约为±13°,堵转力矩为19.6mN.m,将转动关节应用于爬行机器人,并对试验结果进行分析。

关键词：介电型电活性聚合物驱动器转动关节爬行机器人