形状记忆合金增强弹性梁主动振动控制中的驱动器布局研究

以往对形状记忆合金结构振动控制的研究通常限于均匀对称外铺层SMA驱动器的情况，而对其他驱动器布局方式研究较少。本文通过理论分析和实验测试对SMA驱动器在复合材料主动控制中的布局进行研究，除了对振动抑制进行研究外，还对利用SMA驱动器对结构进行激励进行了探讨，最后指出了SMA驱动器在应用上存在的问题和相应的改进方法。     

新型SMA驱动器与仿生手研究

设计了一种基于多边形SMA驱动器的模块化欠驱动5指仿生手,整体质量260 g,每根手指可独立拆装和驱动控制.通过采用多段钢片和SMA丝串联并放的方式,提升了SMA丝有效长度,并通过内部的滑轮结构将驱动位移提高了1倍.建立了驱动电流与输出位移以及温度与驱动电压的数学模型,解决了驱动位移小、温度反馈控制实时性差的问题.实验结果表明,新型多边形SMA驱动器具有体积小、质量轻、驱动位移大的优点,通过电流和温度的双重反馈控制算法,实现了对输出位移的控制并提升了SMA驱动器在不同环境温度下的响应速度;抓取实验验证了仿生手的抓取能力.研究结果为推进SMA仿生手的应用提供了一种思路.     

基于电阻反馈的SMA驱动器控制系统电路设计

SMA驱动器在航空航天上具有良好的应用前景.目前SMA驱动器的控制器多采用外部传感反馈方式,体积大,应用受限制.提出搭建基于SMA丝内部电阻反馈的嵌入式控制电路;利用传统PI对驱动器进行控制.实验结果表明,恒流源电桥法测SMA丝电阻可以得到足够的测量精度,采用PI的控制规律内部电阻反馈的方式可以实现高精度的控制.     

新型SMA驱动器设计与控制

介绍了一种新型SMA驱动器。该驱动器实际上是偏心内嵌有单程SMA丝的弹性硅胶棒。它集成了驱动单元和执行单元的功能，特别适于作为小型和微型机器人系统中的致动元件。以弹性棒变形理论为基础，研究了驱动器的机械和力学特性。最后，实现了基于SMA电阻反馈的变结构滑模控制策略探讨和实验研究。     

新型SMA纤维驱动器的结构、建模与仿真

介绍了一种新型的形状记忆合金 (SMA)纤维驱动器 ,这一驱动器由预压缩弹簧连接的若干圆盘构成 ,圆盘周围对称编织多根 SMA纤维。依靠 SMA纤维的相变回复力与压缩弹簧的弹力完成驱动器的往复动作。这一结构有效地克服了 SMA的主要缺点 :形变较小 ,使驱动器的力与位移之间的转换更加高效。还给出了一种仿真模型 ,可以评价一给定驱动器的特性 ,同时也可在给定驱动器的力、位移、速度等条件下决定该驱动器的几何结构。最后 ,对单个驱动器与差动排列的驱动器对的实验和仿真结果进行了分析     

SMA丝驱动器恒载电热驱动实验研究

针对较粗SMA丝直接电热困难的问题,设计了给SMA丝缠绕漆包线的电热方法。该方法既可以大幅提高SMA丝的电热响应速率,同时由于省去一TSMA丝与驱动器其他部件连接时的绝缘保护措施,简化了结构,提高了驱动器的功重比,强化了SMA丝与驱动器部件的连接强度,提高了驱动器的驱动输出能力。电热升温测试和恒载热循环驱动实验结果表明,该方法是可行的。     

应用形状记忆合金的太阳帆板的振动控制

以挠性航天器的太阳帆板为研究对象,在建立挠性系统动力学模型的基础上,采用滑模变结构控制策略进行挠性航天器太阳帆板的振动控制,同时在帆板上植入SMA丝形成驱动器,并采用经典线性最优控制算法控制SMA驱动器。仿真结果表明,这样的控制规律有效抑制了帆板的振动。     

基于SMA柔性驱动器的机器鱼设计与试验

设计了一款基于形状记忆合金丝(SMA)柔性驱动的机器鱼,详细阐述了柔性驱动器和机器鱼的结构设计和制作工艺,同时设计制作了驱动器和机器鱼的电控系统。柔性驱动器可实现双向弯曲运动,驱动器每一侧布置4路可独立控制的SMA丝,通过选择不同加热路数,可实现机器鱼四级摆动幅度的较精确控制。针对SMA存在的热积累问题,结合柔性驱动器自身的特点,提出了一种轮询加热控制策略,并试验比较了驱动器摆动幅度和摆动频率对机器鱼直线游动行为的影响。试验结果表明,柔性驱动器的摆动幅度越大,机器鱼游速越快;在无SMA热积累的影响下,驱动器的摆动频率越快,机器鱼游速也越快;轮询加热控制策略可有效提高机器鱼的极限摆动频率,获得的最大游速为102mm/s。     

可调偏置式SMA双程驱动器设计及驱动特性分析

偏置式SMA弹簧双程驱动器的驱动弹簧和偏置弹簧一旦确定,则驱动器的工作温度就无法改变。针对这一缺点,设计了一种通过调节偏压力来改变工作温度的可调偏置式SMA双程驱动器。基于Brinson一维本构模型得到SMA弹簧理论模型,并结合弹簧受力变形分析设计了SMA弹簧和偏置弹簧。仿真得到SMA弹簧刚度-温度、驱动器位移-温度、驱动力-温度变化曲线,并对不同偏压力下驱动力随温度变化关系进行研究,结果表明所设计的驱动器可实现双程运动,调节偏压力可有效改变驱动器的响应温度。     

一种摆动式SMA活齿传动驱动器的设计与输出特性研究

设计了一种摆动式SMA(形状记忆合金)活齿传动驱动器,阐述了该种驱动器的工作原理,根据SMA相变机理和活齿传动的耦合力学模型,推导出在多路SMA驱动下的输出转矩。针对具体情况,给出了该种驱动器的一般设计方法,并考察了摆杆放大系数和活齿偏心距等相互耦合参数对驱动器输出特性的影响,给出了关键参数的最优取值范围。研究结果为SMA活齿传动驱动器的优化及输出特性分析提供了思路与方法。     

形状记忆合金双程弯曲驱动器的设计及试验

为解决变体机翼中蒙皮大变形与承载力之间的矛盾,同时满足光顺性及疲劳寿命的要求,提出了一种以形状记忆合金板为驱动元件的双程弯曲驱动器。基于形状记忆效应及材料力学弯曲理论,通过对驱动器变形过程中的力学特性进行分析,推导出双程弯曲驱动器的设计理论,再利用热成形法与反变形训练法制备出驱动器样件并进行了变形性能测试。研究结果表明：依据推导出的理论所设计的形状记忆合金双程弯曲驱动器的变形量与试验结果一致;随着加热温度的升高,驱动器的挠度及输出力逐渐增大,直至达到最大值;随着回复弹簧钢板厚度的增大,驱动器的最大挠度及最大输出力减小,加热变形响应速度减慢,但冷却回复响应速度加快;经过循环激励后,驱动器的变形效果稳定。     

形状记忆合金线性驱动器的设计及位移特性分析

为克服传统带有偏置装置形状记忆合金驱动器结构复杂、响应速度慢的缺点,利用形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)的单程形状记忆效应,设计并制造一种不带偏置装置且可实现双程运动的线性驱动器,该驱动器由两根形状记忆合金丝、滑轮、部件、导轨、支座及固定螺钉组成。接着基于Brinson一维本构方程及转换方程,推导出两根SMA丝在不同条件下的应变表达式;提出将马氏体相变应力看作体力,分析温度变化与驱动器位移的关系及外载荷变化对驱动器最大位移的影响。对计算结果进行试验验证,结果表明,所设计驱动器可实现往复双程运动;随着SMA丝温度的升高所获得的位移呈非线性增大,当温度超过奥氏体转变结束温度Af,位移达到最大,而初始化过程获得的最大位移为正常运动的一半;增大载荷,驱动器的最大位移逐渐减小,当载荷达到51.0 N时,驱动器停止运动,即位移减小为零。     

基于SMA驱动模块的仿生水母机器人

通过对海月水母的仿生性研究,设计制作了一款仿生水母机器人。为实现水母钟状体的收缩与释放动作,基于形状记忆合金(SMA)丝设计了一款新颖的具有类似于人工肌肉功能的驱动模块,详细描述了该模块的结构参数和制作工艺,并对其电气特性进行了测试研究。仿生水母机器人由6组SMA驱动模块辐射对称组装构成,采用了基于中枢模式发生器(CPG)网络的仿生控制方式,实现了水母机器人三维空间内多模式游动。最后,针对水母机器人不同的运动模式进行了多组实验,水母机器人游动数据验证了控制模型的有效性。     

基于形状记忆合金的自主导管导向机器人设计

为提高血管介入手术的成功率和安全性,研制一种用于控制自主导管的由多个形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)驱动器驱动的多节蛇形结构导向机器人。针对SMA驱动的导向机器人结构和原理,提出偏置弹簧尺寸参数的估算方法,使用大挠度理论对导向机器人进行运动学分析,通过积分变换推导出SMA驱动器在已知导向机器人弯曲角度和方向下的输出力和位移,给出精确的导向机器人前端中心位置坐标。在此基础上,进一步推导SMA驱动器的尺寸参数设计计算公式,提出一套系统的导向机器人设计理论方法。利用提出设计方法研制导管导向机器人样机,并在血管模型中成功地进行模拟介入手术试验。研究成果为导向机器人的设计和分析提供了数学模型,完善了导管导向机器人的设计方法和理论。     

ESMAA驱动的多指机械手研究

由形状记忆合金构成的结构简单、控制灵活、功率密度大的电动机,在轻型机器人及小型化系统中具有独特的技术优势。然而,几乎所有现行结构中,致动元件和偏动元件都是分离的,驱动单元和执行单元也彼此独立,不但机构复杂,就是手指的张合动作也很不连贯,更无仿生柔顺性可言。因此,研制了新型内嵌式记忆合金驱动器。该驱动器由内嵌弯曲回复记忆合金丝的硅胶棒组成,通过温度循环方式稳定输出力和位移。建立了驱动器的变形理论,得出了驱动与控制的规律性结论。进一步利用多台驱动器研制了组合式柔性机械手,探讨了多指手的运动学问题。最后,完成了组合式三指柔性机械手爪抓取演示系统的设计制作和试验研究。     

蒸汽发生器管束间狭窄区域检测机器人系统的研究

为实现蒸汽发生器传热管道群管束间狭窄区域的自动化检查 ,对管间机器人技术进行了研究。将管间检查任务分解为移动平台的纵向间歇移动和装载摄像头的管间小车的横向移动检查 ,采用简单的定位模块高效地实现机器人的定位与安装 ,应用伸缩模块来实现微小摄像头在每排管束间隙中的横向移动 ,研制了用偏动式SMA双程驱动器驱动的新颖的微小型 3 -CSR并联机构来调整微小摄像头的姿态。制作了一台样机及其控制系统 ,在蒸汽发生器传热管道群模拟平台上进行了实验 ,结果表明该样机性能达到了预期目标     

SMA丝缠绕角对扭力驱动器驱动性能影响的试验研究

在智能结构的驱动系统研究中,形状记忆合金(SMA)以其独特的力学性能倍受关注。将含有预拉伸变形的SMA丝与薄壁圆管复合,能够构成具有扭转变形输出或转矩输出功能的驱动器,为飞行器翼面操纵系统等提供新的设计思路。在SMA扭力驱动器中,SMA丝的缠绕角是影响驱动器驱动能力的一个重要参数。针对缠绕角分别为40°、45°、55°、60°和75°的一组驱动器,采用试验手段,获得了自由状态、完全约束状态和弹性约束等三种状态下,上述驱动器的温度－缠绕角－扭转角(或转矩)等多组关系曲线,得到了当缠绕角为60°时,驱动器有最大扭转角和最大转矩的试验结果。研究结果对深入探索SMA扭力驱动器的力学模型和驱动器结构参数的优化具有重要的参考价值。     

基于形状记忆合金的旋转式驱动器研究

对于以形状记忆合金元件为核心的驱动器的研究,主要集中在直线式和摆动式驱动器方面,涉及旋转式驱动器的较少。文章基于形状记忆合金的基本效应,建立了旋转式驱动器的功能结构模型,并分析了各功能环节的实现方式。在此基础上进行功能组合,提出了相应的实例模型。