PVC凝胶驱动及CNT/PDMS传感一体化柔性抓手的研究

鉴于目前关于的软体机器人的研究大多仅致力于软活性材料的驱动功能研究、而且忽视传感功能的研究,研究一款集驱动与传感一体化的柔性抓手机器人。首先研究PVC凝胶驱动器结构设计与制备工艺,然后研究CNT/PDMS柔性传感结构的制造工艺,在此基础上,以PVC凝胶驱动器作为柔性抓手的驱动单元,以CNT/PDMS立体结构作为柔性抓手的传感单元,设计出一款具有驱动与传感一体化的功能结构,并对该功能结构进行测试。研究结果表明：在施加800 V直流电压下单根手指的弯曲角度可达32.5°。在400V直流电压驱动下,由两根柔性手指构成的抓手能够抓取直径为15 mm、邵氏硬度分别为10-20、30-50的易变形的硅橡胶圆柱体;在抓取不同硬度的圆柱体时,CNT/PDMS的电阻变化率亦不同,表明CNT/PDMS柔性传感结构可以感知抓取物体的软硬度,证明了本研究关于驱动及传感一体化结构设计的可行性,本文的研究为后续软体机器人的设计及制造提供参考。     

软体机器人研究进展

软体机器人是由柔性材料加工而成的,可以任意改变自身尺寸,与刚性机器人相比具有高顺应性、适应性和安全性等特点,在工业、农业、医疗、救灾等领域都有广阔的应用前景,受到国内外学者的青睐。文中从制作材料、制作方法、驱动方式、应用领域、传感与控制方面对软体机器人进行综述,介绍了软体机器人的制作材料和柔性材料的新成果,以及近年来制作软体机器人较新的方法;按照驱动方式将软体机器人分为流体驱动、智能材料驱动、化学反应驱动,并对每种驱动方式的特点和典型结构进行了总结;对软体机器人的建模方法和控制策略进行归纳与分析,得出了开发刚柔并济的新材料、高效制造和精准控制是研究软体机器人的未来方向。     

乙基纤维素电纺纤维调控PDMS/CNT柔性复合材料性能的研究

研究了乙基纤维素(EC)电纺纤维调控PDMS/CNT柔性复合材料的力学和电学性能.结果表明,引入电纺EC纤维后,PDMS/CNT柔性复合材料的拉伸强度从1.73 MPa提高至3.97 MPa,断裂应变由86.56%提高到115.00%,韧性由0.61 MJ·m^-3提高到1.58 MJ·m^-3;有缺口PDMS/CNT柔性复合材料的拉伸强度从0.34 MPa提高至1.57 MPa,断裂应变由18.85%提高到27.54%,韧性由0.04 MJ·m^-3提高到0.27 MJ·m^-3;导电电阻由550 kΩ下降至228 kΩ,导电性上升.基于EC电纺纤维调控的PDMS/CNT复合材料组装的应力传感器灵敏度和循环稳定性获得了有效提升,引入1 wt%EC电纺纤维后,柔性应力传感器的灵敏度从0.341 kPa^-1提高至4.922 kPa^-1,提升了14倍,引入电纺EC纤维后的传感器循环电阻变化率曲线变得相对更加规整,异常波动更小.     

液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手的设计与实验研究

随着科技的发展和生活的需要,柔性抓手因其安全性和柔顺性逐渐成为了研究热点。捕蝇草作为一种能够实现包络抓取的植物,其运动特点对于柔性抓手的抓取运动具有较好的参考性。文中根据软体网格结构和捕蝇草的变形机理,提出了一种由双仿生叶片组成的液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手结构。首先基于本构模型提出了完全嵌入式单列网格弯曲角度和压力关系的数学模型,然后基于仿真模型分析了多列网格弯曲角度和压力的关系,确定了柔性抓手0.040 MPa的工作压力。通过分析仿真结果,得出了边缘不完整网格的弯曲角度变化和受力均大于完整网格的结论,证明了不完整网格处是柔性抓手强度的薄弱点。进行了液压驱动和气压驱动仿生叶片的弯曲实验和闭合力实验,证实了在工作压力下液压驱动的性能优于气压驱动,确定了柔性抓手0.010 MPa的准备压力。最后通过适应性实验证明了所设计的柔性抓手能抓取不同形状的物体,证实了最大负载能力达304.3 g。文中设计的液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手可以为活体昆虫捕捉和无损采摘提供有效的解决方案,也可为仿生植物机器人的研发提供理论和技术基础。     

2.45GHz柔性微带天线的设计及传感特性

设计一种共面波导馈电的2.45 GHz柔性微带天线, 通过在高频结构仿真(HFSS)软件中构建3层人体组织模型（皮肤 脂肪 肌肉）, 仿真分析人体组织对天线关键参数的影响, 优化柔性天线的结构参数, 并研究柔性微带天线在弯曲状态下的传感性能. 测试结果表明: 天线中心频率在2.40 GHz处的回波损耗为-26 dB, 工作频带为2 030~2 770 MHz; 天线弯曲时中心频率发生偏移, 可应用于测量弯曲状态下的不同曲率半径.     

电活性材料驱动的柔性光子晶体结构色调控技术研究进展

针对柔性光子晶体结构变色范围小、柔性不足的问题,对柔性光子晶体结构色调控方法进行了综述,介绍了结构变色的作用机理、载体材料和主要调控方法,对电场型、离子型、电热型电活性材料的变形速度、响应时间、驱动电压、能耗量级和最大应变进行了归纳和对比。对电致结构色调控技术的国内外研究现状进行了归纳和分析,并对各种代表性电致变色技术的变色范围、杨氏模量、驱动电压等主要性能参数进行了对比。通过分析发现传统电致变色技术难以兼顾柔性好、低驱动电压和大变色范围。在全面回顾文献的基础上重点阐述了电活性材料驱动的柔性光子晶体结构色调控技术发展现状,阐明了这种结构色调控方式具有柔性好、易封装、响应模式丰富等独特优势,总结出电活性材料驱动的柔性光子晶体结构色调控是电致结构变色领域中最具发展潜力的技术,同时指出了其面临的问题以及未来的发展趋势。     

溶胶-凝胶法制备PVC/SiO_2杂化材料及其性能研究

通过甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷同正硅酸乙酯共水解,在ＳｉＯ２ 表面引入能与ＰＶＣ相容的极性基团,制备了ＰＶＣ／ＳｉＯ２ 杂化材料的透明薄膜．讨论了溶剂对材料、结构的影响,通过红外分析,透射电镜研究了杂化材料的形态和通过动态力学分析,力学性能分析研究了无机组份对材料性能的影响     

核磁共振环境下机器人驱动及控制传感技术研究

核磁共振成像(MRI)导向下的机器人辅助微创手术,以其对软组织的高分辨率、高精度及高效微创等特点,近年来倍受国际医学界的青睐.但受核磁仪有限结构空间和高磁场强度的限制,传统的驱动方式及传感器无法在核磁共振环境下的机器人中使用.本文针对这一领域的应用特点,总结了目前国内外主要的核磁兼容驱动方式及传感器的技术难点,并通过国内外相关研究成果介绍了其原理、控制方法及设计制造方法.经过综合对比得出了各种方法的优缺点及各自的适用场合,并指出了该领域的发展方向.     

基于项目驱动的《网页设计与制作》一体化教学模式应用研究

本文通过对高职高专《网页设计与制作》教学现状的分析,提出《网页设计与制作》教学改革的手段和具体措施,对项目教学方法和教学做一体化的教学模式两方面的改革内容进行了详细论述。     

LiFePO4/CNT复合材料的制备及电化学性能

采用溶胶凝胶-微波法制备LiFePO4/碳纳米管(CNT)复合正极材料.考察不同微波时间和CNT含量对其电化学性能的影响,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的晶型结构和表面形貌进行表征.结果表明:掺CNT量为2%(质量分数)和微波18 min所得样品有较好的电化学性能;0.1C充放电的首次放电比容量为142 mAh.g-1,第10次循环的比容量为136 mAh.g-1.     

扑旋柔性翼飞行器驱动机构的设计及动力学建模

为解决传统旋翼飞行器在结构上需要尾梁、尾桨等来平衡扭矩装置所带来的飞行器结构复杂,升力与自身重量之比低,飞行性能不突出等问题,提出了一种扑旋翼结构设计方法,以及利用此方法设计的微小型扑旋翼飞行器.采用电磁铁吸合驱动装置,通过电流方向控制电路实现电流规律正反向变化,从而产生交变电磁力驱动扑翼扑动.同时分析这种扑翼结构的特性,建立扑旋翼机构的结构模型,并应用拉格朗日方程分析建立扑旋翼驱动装置的动力学模型.仿真实验结果表明,采用某一频率的交变电磁力时机翼会产生共振现象,在同等作用力下机翼的扑动角会有一定的增大.     

用NBR／PVC共混胶制备耐寒制品的配方研究

讨论了NBR/PVC共混胶与BR并用、相容剂、硫化体系、补强体系和增塑体系对配方硫化胶低温耐寒性能、耐油性和相关力学性能的影响,研制出了具有优良耐寒性能和力学性能的耐寒制品配方。该配方硫化胶的脆性温度可以达到-44℃,压缩耐寒系数在-20℃和-30℃下分别达到了0.78和0.33,耐油溶胀度达23.3%。     

壳聚糖/聚乙烯醇温敏水凝胶的制备及性质研究

通过对壳聚糖的化学交联和聚乙烯醇(PVA)的物理交联作用来提高壳聚糖/甘油磷酸体系的凝胶密度和凝胶强度,形成互穿网络结构体系,并在甘油磷酸盐作用下形成具有温度敏感pH依赖型的水凝胶,在体温下能迅速成胶。通过交联剂进一步强化后的互穿网络体系结构更致密,机械强度好。Fourier红外光谱证明凝胶中存在交联剂和壳聚糖形成的Sch iff’s键。经PVA和化学交联后的温敏凝胶具有更紧密的结构,在原位温敏性可生物降解植入剂应用领域具有发展潜力。     

DCP硫化NBR／PVC共混胶压缩永久变形性能的研究

对比丁腈橡胶(NBR)与聚氯乙烯(PVC)橡塑共混胶(以下简称NBR/PVC)在DCP硫化体系中,分别以单纯DCP、DCP与硫磺并用、DCP与三烯丙基异氰酸酯(TAIC)并用作为硫化体系的结果,分析了压缩永久变形性能随硫化体系变化而变化的规律,硫化性能与压缩永久变形性能之间的关系。结果表明:DCP单独硫化NBR/PVC时,DCP用量较大,NBR/PVC压缩永久变形性能较差,最小值为41.9%;DCP与硫磺并用时,硫磺参与聚合物自由基反应,提高硫化速度,并使交联效率提高,NBR/PVC压缩永久变形性能优良,DCP 4.5份和硫磺1.0份配合,NBR/PVC压缩永久变形最小为22.0%;DCP与TAIC并用时,有效降低了NBR/PVC压缩永久变形,TAIC用量的增加对NBR/PVC压缩永久变形性能影响较小,当TAIC用量为1.0份时,NBR/PVC压缩永久变形最小为28.9%。     

PEG/AA/AM水凝胶的制备及性能研究

以聚乙二醇(PEG)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)为原料,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用辉光放电等离子体引发聚合技术在水溶液中一步制得了聚乙二醇/丙烯酸/丙烯酰胺(PEG/AA/AM)水凝胶.考察了放电电压、放电时间、交联剂用量、聚乙二醇含量对凝胶吸水倍率的影响,并用红外光谱(FT-IR)表征了凝胶的结构,用紫外可见分光光度计(UV)研究了水凝胶对结晶紫的脱色行为.结果表明,在最佳的合成条件下,所得水凝胶的最大吸水倍率达到240 g.g-1,PEG/AA/AM水凝胶具有pH敏感性,180 min时对浓度为200 mg.L-1的结晶紫的脱色率可达到94%.     

吉格森油田柔性微凝胶深部调驱体系室内研究及现场应用——以淖尔区块为例

柔性微凝胶分散颗粒(微球)可用油田污水配制,具有耐温、耐盐、成本低廉等优点。针对吉格森油田各油组主力油层分布广、厚度大,所占储量比重大,地下原油物性一般,地层温度较高,地层水矿化度高(>90000mg/L)这一情况,开展了柔性微凝胶深部调驱在吉格森油田的适应性及现场应用情况分析。实验所选用的纳米级和微米级微球溶解性和热稳定性都较好,微米级微球更好。4种微球均具有一定的封堵性,其中2号微球颗粒的残余阻力系数较大,为3.09,其次为1号微球,其残余阻力系数为1.44。天然岩心的驱油实验结果表明柔性微凝胶驱具有较好的驱油效果,但是微球尺寸要在孔径的1/8～1/3,才能保证有效封堵。现场实际应用情况表明吉格森油田在各个区块所开展的柔性微凝胶深部调驱增产措施,在一定程度和阶段内取得了较好的控水稳油效果。     

溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及其光催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛,以甲基橙为模型污染物,考察了影响纳米二氧化钛光催化活性的主要因素,并采用TEM,XRD等方法对样品进行了表征。结果表明:具有较高光催化活性的纳米二氧化钛的制备条件是钛酸丁酯、无水乙醇、冰乙酸、水的比例(体积比)为10∶19∶8∶4,500℃下煅烧2 h;纳米二氧化钛质量浓度为1 g/L时光催化效果最佳;纳米TiO2具有锐钛矿型晶体结构,平均粒径为10~20 nm。     

凝胶-浇注法制备LaxSr1-1.5xTiO3阳极材料及其性能的研究

采用凝胶-浇注法合成钙钛矿复合系的阳极材料LaxSr1-1.5xTiO3(x=0.1～0.4),探究La掺杂量对相组成、烧结性能、力学性能及高温电导率等的影响.LaxSr1-1.5xTiO3粉体在1 100℃下预烧可得到典型的钙钛矿结构.在1 400℃下煅烧得到的烧结体的电导率数据显示:当x=0.3时电导率最高,在测试温度为800℃时高达180 S.cm-1,与传统固相法相比,其烧结温度降低了约200℃.     

丝素蛋白/聚氨酯两性水凝胶的制备及性能研究

采用2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)和N-甲基二乙醇胺(MEDA)分别作为阴、阳离子型扩链剂,在聚氨酯(PU)预聚体结构上先后引入两种离子型的亲水基团,再将制得的聚氨酯预聚体与丝素蛋白(SF)水溶液混合交联,得到SF/PU两性水凝胶.通过衰减全反射(ATR)、扫描电子显微镜(SEM)表征其结构、微观形貌及多孔结构.结果表明:制备出的SF/PU两性水凝胶具有明显的孔洞结构,孔径分布在15μm左右.通过测试在不同条件下的吸水溶胀比(SR)和平衡溶胀含水量(EWC),分析了两性水凝胶的溶胀动力学机理.通过万能实验拉力机测试了两性水凝胶的机械性能,当SF/PU比例为65/35时,水凝胶材料的压缩强度达到最大值,为0.577 MPa;当SF/PU为50/50时水凝胶有着最大变形率,为85.8%.