小型智能释放装置设计与性能分析

• 作 者: 冯铭龙
• 出 处: 大连交通大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 释放装置 电磁驱动 形状记忆聚氨酯 性能分析

移动机器人常需挂载释放装置来执行各种任务。针对目前释放装置结构尺寸较大,无法用于微小型移动机器人的现状,本文围绕小型的可自动弹射的智能释放装置展开研究,设计制造了基于电磁驱动的小型弹射装置以及基于智能材料的小型释放装置,以期完成小型移动机器人的抛洒任务。具体研究工作如下。针对设计需求,首先从电磁驱动释放装置入手,设计了常吸式与常闭式释放装置结构,使用Adams软件建立了常吸式与常闭式释放装置动力学仿真模型,对装置的运动速度和轨迹进行了仿真分析,搭建实验平台验证了抛洒物运动参数,对于常闭式释放装置进行了深一步研究,结合物理方程和仿真数据建立了抛洒物运动轨迹方程,为抛洒物的抛洒轨迹控制提供了理论依据。为了简化电磁驱动装置的结构,研究智能材料驱动方式,根据成型方法和驱动性能优选出了形状记忆聚氨酯材料作为驱动执行部件;研究了形状记忆聚氨酯的3D打印成型参数,通过打印样件比较了不同打印成型参数对形状记忆聚氨酯的形状记忆性能的影响,确定了形状记忆聚氨酯的最佳打印参数为打印角度90°-180°,打印层高0.1 mm,打印速度40 mm/s。以形状记忆聚氨酯为驱动材料,设计了智能释放装置的开合结构;选择了适用于形状记忆聚氨酯材料的本构模型,在Abaqus软件中编写形状记忆聚氨酯材料用户子程序,建立了智能释放装置开合结构仿真模型,并对弯折处圆角进行了改进优化;对三种厚度的模型进行了形状记忆仿真,讨论了开合结构模型的厚度对模型形状记忆性能的影响,确定了模型的最佳厚度为0.8 mm。对基于形状记忆聚氨酯的小型释放装置整体进行了性能仿真,分析了高温加载阶段施加的弯折角度与回弹角度之间的关系,建立了开合结构最终角度与弯折角度和弹簧弹力之间的关系方程;分析了形状记忆材料对释放装置的性能影响,对两种不同杨氏模量的材料进行了仿真,得出了杨氏模量与模型固定率的变化关系;使用最佳打印参数对开合结构进行了打印预览,确定了打印摆放角度,通过预览分析了成型制作的可行性,为验证装置闭合性能和形状记忆性能,对所需实验方法进行了设计。