葛大丽

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601）

利用材料的光热膨胀效应吸收光能并将之转换为热能实现微驱动，具有能源清洁、结构简单、非接触、可远程操控、主体可微小化和集成化等优点，是一种具有广泛应用前景的新型微驱动机构，并吸引众多学者关注。一方面随着新型智能材料的深入研究，已证实碳纳米管、石墨烯和氧化石墨烯等具有良好的光热效应；另一面自激振荡在稳定环境下以自身的运动状态为调节器，平衡输入能量和耗散能量，实现连续周期性运动。在机器人领域得到了广泛的应用，比如稳定步行的双足膝关节机器人、三足机器人，在摩擦碰撞下运行的啄木鸟机器人，管道爬行微机器人、游泳机器人等。

在以光热效应为主的系统可实现自激振动。随着光热响应材料研究的深入，虽然基于光热响应材料的自激振荡研究取得了一定进展，但自激振荡的模式研究还不够充分，限制了自激振荡的潜在应用。本文以普通光热膨胀材料作为摆线构造单摆，并根据光热效应建立了单摆变摆长控制方程，通过数值计算，研究了光热响应摆的自激摆动特性。

1 模型和公式

1.1 单摆动力学方程

如图1所示，在稳定光照射下由光热膨胀材料制作的单摆。由质量忽略不计的光热胀纤维制成的摆线一端系在固定点上

O

，另一端悬挂一个大小忽略不计且质量为

m

的摆球。单摆中心区域为无光照暗区，其余两侧区域对称光照，其中光照区边界与对称轴

Ox