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【24h】

Terrestrial Walking Robot With 2DoF Ionic Polymer–Metal Composite (IPMC) Legs

机译：带有2DoF离子聚合物-金属复合材料（IPMC）腿的地面行走机器人

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This paper proposes a terrestrial walking robot using ionic polymer–metal composite (IPMC) actuators based on a poly-vinylidene fluoride (PVDF)/polyvinyl pyrrolidone (PVP)/polystyrene sulfuric acid (PSSA) blend membrane. The IPMC based on PVDF/PVP/PSSA with a polymer mixture ratio of 30/15/55 shows a higher tip displacement and greater blocking force than Nafion-based IPMC actuators at low dc voltages. An actuation model is developed for the proposed membrane-based IPMC actuators, representing the transfer function between the input applied voltage and the output displacement of the IPMC actuator. For the terrestrial walking robot, we use a two-degrees-of-freedom (2DoF) leg structure because of its superior characteristics in comparison with a 1DoF leg structure. In addition, a kinematic model of the 2DoF leg structure is introduced as a modeling framework based on the actuation model for the analysis of the locomotion using this IPMC leg structure. The simulation results of the actuation model and the kinematic model are compared with the empirical response of 1 and 2DoF legs. A terrestrial walking robot (size: mm, weight: 1.2 g) with two 2DoF IPMC legs and two dummy legs has been designed and fabricated. Finally, we demonstrate the walking motion of the terrestrial walking robot.
机译：本文提出了一种地面行走机器人，该机器人使用基于聚偏二氟乙烯（PVDF）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）/聚苯乙烯硫酸（PSSA）混合膜的离子聚合物-金属复合材料（IPMC）作动器。与基于Nafion的IPMC执行器相比，在低直流电压下，基于PVDF / PVP / PSSA且聚合物混合比为30/15/55的IPMC显示出更高的刀尖位移和更大的阻挡力。针对所提出的基于膜的IPMC致动器开发了一个致动模型，该模型表示IPMC致动器的输入施加电压和输出位移之间的传递函数。对于地面步行机器人，我们使用两自由度（2DoF）腿部结构，因为它具有比1DoF腿部结构更好的特性。另外，引入了2DoF腿部结构的运动学模型作为基于致动模型的建模框架，以使用该IPMC腿部结构来分析运动。将驱动模型和运动模型的仿真结果与1和2DoF腿的经验响应进行了比较。设计并制造了一种具有两个2DoF IPMC腿和两个虚拟腿的地面行走机器人（尺寸：mm，重量：1.2 g）。最后，我们演示了地面步行机器人的步行运动。

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