学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

IPMC驱动的主动式肠道机器人行走足及其驱动系统研制

作　者: 段联
导　师: 于敏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: IPMC 肠道机器人运动控制 ATmega16 驱动系统
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 18次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

IPMC（Ionic Polymer Metal Composites）是通过化学镀的方法在Nafion膜两侧镀上贵金属形成的一种新型智能材料。在低电压驱动下，IPMC能产生一定的输出力和位移，在致动器、仿生材料、医学工程等方面有广阔的应用前景。本文针对临床上传统消化道疾病检测和胶囊内镜存在的问题，将IPMC智能材料应用于消化道检测中，研制了一种主动式运动肠道机器人及其控制系统，试图寻找一种肠道检测的新途径。其主要内容包括如下：1.制备了肠道机器人所需的IPMC驱动器。在添加TEOS的Nafion膜上通过化学镀的方法将金属铂镀在Nafion膜两侧，制备出的IPMC厚度为0.3mm，并根据需要，将IPMC剪裁成18mm×5mm和13mm×4mm两组。2.研制了肠道机器人驱动器，该驱动器能够为肠道机器人提供低频双极性可程控信号，输出信号的功率可达2W，具有很强的带电流能力。控制系统的主控芯片为ATmega16单片机，外部电路包括D/A数模转换模块、信号发生模块、信号放大模块三大部分。编写了输出信号的控制软件，可以输出方波、三角波、正弦波和组合波形。将该驱动器与信号发生器同时驱动IPMC，通过输出结果的比较，进一步验证了该控制系统的可行性。3.研制了肠道机器人模型，模型包括顶盖、底盖、电极等，用有机玻璃制成的水槽和肠道机器人驱动器搭建了其测试平台。并根据规划步态对IPMC运动的要求，测试了驱动器对IPMC位移的控制，验证了在峰值电压停留时，IPMC在极限位置会有短暂停留。进一步测试了肠道机器人在该步态下的运动速度，最快可达15mm/min。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-24
  1.1 引言  12
  1.2 国内外 IPMC 的研究现状  12-18
    1.2.1 IPMC 智能驱动材料简介  12-13
    1.2.2 IPMC 材料的致动机理  13-14
    1.2.3 国内外 IPMC 的研究现状  14-16
    1.2.4 IPMC 应用研究  16-18
  1.3 肠道机器人国内外研究现状  18-22
    1.3.1 肠道机器人简介  18
    1.3.2 肠道机器人国内研究现状  18-22
  1.4 来源以及本课题文主要工作  22-24
    1.4.1 课题来源  22
    1.4.2 本文主要工作  22-24
第二章驱动材料 IPMC 的制备  24-32
  2.1 IPMC 制备的实验原理  24-25
  2.2 实验试剂及仪器  25-26
    2.2.1 实验试剂  25-26
    2.2.2 实验仪器  26
  2.3 IPMC 的制备  26-31
    2.3.1 Nafion 膜的制备  26-27
    2.3.2 Nafion 膜的粗化处理  27-28
    2.3.3 离子吸附  28-29
    2.3.4 主化学镀  29
    2.3.5 次化学镀  29-30
    2.3.6 离子交换  30-31
    2.3.7 IPMC 剪裁  31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 IPMC 驱动肠道机器人的设计与制造  32-38
  3.1 肠道机器人步态规划  32-33
  3.2 肠道机器人的设计  33-35
    3.2.1 整体设计  33-34
    3.2.2 零件设计  34-35
  3.3 肠道机器人模型加工  35-37
    3.3.1 三维立体打印机介绍  35-36
    3.3.2 肠道机器人模型加工过程  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章基于 AVR 控制的肠道机器人驱动器的设计  38-57
  4.1 AVR(ATmega16)概述  38-39
  4.2 驱动器设计要求  39-41
    4.2.1 Altium Designer 简介  39-40
    4.2.2 驱动器设计概述  40-41
  4.3 驱动器总体方案  41-42
  4.4 驱动器硬件设计  42-45
    4.4.1 信号产生部分  42-44
      4.4.1.1 D/A 模块（数模转换模块）  42-43
      4.4.1.2 差分比例运算电路  43-44
    4.4.2 信号放大部分  44-45
  4.5 驱动器仿真  45-48
    4.5.1 Proteus 简介  45-46
    4.5.2 仿真分析和结果  46-48
  4.6 软件设计  48-52
    4.6.1 ICCAVR 简介  48
    4.6.2 软件编译平台  48-50
    4.6.3 程序设计  50-52
  4.7 控制系统实物与测试  52-56
  4.8 本章小结  56-57
第五章肠道机器人的测试与分析  57-63
  5.1 测试平台的搭建  57-60
    5.1.1 IPMC 测试平台  57-59
    5.1.2 肠道机器人测试平台  59-60
  5.2 测试结果与分析  60-62
    5.2.1 IPMC 位移测试结果与分析  60-61
    5.2.2 肠道机器人测试结果与分析  61-62
  5.3 本章小结  62-63
第六章总结与展望  63-65
  6.1 本文的主要工作  63-64
  6.2 工作展望  64-65
参考文献  65-71
致谢  71-72
在学期间的研究成果及发表的学术论文  72

IPMC驱动的主动式肠道机器人行走足及其驱动系统研制

内容摘要

全文目录

相似论文