IPMC驱动的主动式肠道机器人行走足及其驱动系统研制

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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。
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