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基于SMA的多关节摆动式驱动器的研究

王平团  
【摘要】: 形状记忆合金(SMA)是一种新型的智能材料,具有独特的形状记忆效应,现在正被广泛地开发应用于机器人关节驱动结构中。镍钛基形状记忆合金具有优良的加工性和抗腐蚀性,很适用于海洋作业的水下机器人。研究形状记忆合金驱动器在水下小型航行体中的应用,能推动新型的水下机器人和形状记忆合金应用技术的发展。 本文设计了一种利用形状记忆弹簧驱动的多关节摆动式驱动器,它的摆动运动方式能模拟某些海洋鱼类的游动模式,非常适合用来制作小型的仿生鱼航行体。本论文的内容就是围绕着对这种驱动器的设计和研究而展开,论文的主要内容有以下几个方面: 1.本文首先介绍形状记忆合金的材料属性和形状记忆合金驱动元件,分析了形状记忆合金弹簧的驱动机理、驱动方式和影响形状记忆合金弹簧动作响应速度的因素,并研究了形状记忆合金弹簧的力学特性。 2.本文结合海洋鱼类的身体外形和游动模式,设计了多关节驱动器结构形式和运动形式;对驱动器模型结构的力学性能进行了理论计算分析,并利用有限元软件ANSYS分析了驱动器结构的动力响应性能:通过分析得到了计算驱动器运动周期的方法,奠定了设计驱动器的基础理论。 3.本文还根据驱动器的工作机理和运动特点,设计了驱动器的控制系统。结合控制理论、电子技术及自动化相关知识设计出控制驱动器的硬件系统和软件系统,实现了驱动器运动的自动控制。 4.最后,本文对两关节驱动器进行了试验研究。通过实验证明了驱动器及其控制系统的可行性和有效性,并研究了某些技术难点,为进一步提高驱动器性能打下了基础。


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