形状记忆合金热机驱动性能的研究

形状记忆合金（SMA）热机主要包括3部分：热循环系统、曲柄滑块机构和主轴。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。通过MATLAB仿真得到SMA弹簧温度—位移、温度—驱动力变化曲线,最终通过实验验证驱动器的驱动特性。     

微小型3-CSR并联机构形状记忆合金驱动器的设计

为扩大蒸汽发生器管间视频检查的范围,对SMA双程驱动器进行了分析比较,计算确定了SMA弹簧和偏压弹簧的参数,研制了用偏动式SMA双程驱动器驱动的微小型3-CSR并联机构,实现了微型摄像头的位姿调整。     

偏动式双程SMA驱动器工作机理与能量转换研究

研究了偏动式双程SMA驱动器的工作机理 ,建立了驱动器输出力、输出位移、负载与驱动元件弹性刚度和预变形之间的变量关系。基于热力学基本定律 ,给出了双程SMA驱动器工作过程中能量的周期性流动、转移和转化模型 ,指出双程SMA驱动器双程做功的能量都来源于SMA元件的相变弹性势能 ,能量的一部分用于来程做功 ,一部分在来程转移给偏置元件 ,用于回程时做工 ,还有一部分被释放掉。     

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。     

尺蠖式仿生微型机器人的结构和致动机理研究

提出并设计了一种新型偏动式双程SMA驱动器,以此驱动器为基础研发出一种靠交替摩擦自锁方式行走的尺蠖运动式仿生微型机器人。提出一种四杆机构无关节新型腿,这种新型腿可以有效改变SMA驱动器输出力的方向。分析了四杆机构新型腿的摩擦自锁机理,并求解出腿实现摩擦自锁的条件,使微型机器人能可靠地实现摩擦自锁作用下的稳步行进。阐述了新型微型机器人的定向运动机理,对微型机器人的尺蠖式收缩和伸张运动规律、步幅、频率等进行了分析及求解。     

基于形状记忆合金弹簧阵列的人工肌肉设计与研究

针对形状记忆合金（SMA）丝、SMA弹簧驱动力和输出位移小的缺陷,提出了基于SMA弹簧阵列的人工肌肉设计方法。利用仿生学原理,设计了SMA弹簧阵列的空间串并联结构,推导了人工肌肉驱动力计算公式,对其输出模拟量用组合学方法进行了分析。利用UG和ADAMS建立了人工肌肉的多体动力学模型,同时,在Simulink上建立了人工肌肉的激活控制模型,在这些基础上,模拟仿生手臂弯曲伸展运动的工作过程,分析该人工肌肉的驱动和控制特性。仿真结果表明,SMA弹簧阵列结构能显著增大SMA驱动器输出位移和驱动力,并简化模拟量输出的控制。     

探究SMA丝束驱动器在变体飞行器中的应用

改变机翼厚度可以提高飞行器在不同飞行条件下的升力系数,并降低一定阻力。本文提出了一种新型SMA丝束驱动器,该驱动器利用聚四氟乙烯管和橡胶管将多根SMA丝组成束状驱动器,可以输出较大的驱动力和驱动位移,利用传动机构,实现机翼的厚度调节。同时,本文对变厚度机翼进行了受力分析,提出了SMA丝直径的计算方法,为机构设计提供了理论参考。     

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。     

Ti-Ni记忆合金驱动的感温自动控制器设计

介绍了一种采用形状记忆合金(SMA)作为驱动元件的温敏装置的设计方法。与传统装置相比,该装置具有结构简单、使用寿命长、无电耗、稳定性好的优点;文中对温敏装置的结构,SMA的相变温度、应力-应变曲线测定,以及对SMA弹簧和偏置弹簧的设计进行了研究和分析,指出了设计中应注意的问题。     

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     

“撷抗式”SMA驱动器的设计及在变厚度机翼中的应用

本文首先利用形状记忆合金的主动变形性能,设计了一种能够主动变形、可往复驱动的"撷抗式"SMA驱动器,然后利用该驱动器驱动调节机翼蒙皮改变弧高,进而改变机翼厚度,实现了变厚度机翼的设计。     

基于形状记忆合金驱动的运输机器人设计

基于对形状记忆合金的变形机理研究，文中设计出一种新型的运输机器人。该机器人主要由用于驱动控制机器人运动的SMA弹簧、实现机器人爬行的前后支腿以及具有运输功能的主体3组成部分。SMA弹簧基于双程形状记忆效应，能够实现双向变形，使机器人可以稳定地往复运动。通过改变机器人前后支腿与地面的摩擦系数，驱动器的伸缩变形转化成为机器人在表面上的有效位移。该机器人总质量37.8g，但能够承载自身质量3倍的物体，且最大运动速度可达到0.8 mm/s。     

形状记忆合金驱动器驱动方式研究

七文阐述了 Ｓ Ｍ Ａ 驱动器的驱动原理,分析了 Ｓ Ｍ Ａ 的性能和不同驱动方式对 Ｓ Ｍ Ａ 驱动器输出性能的影响。文章认为, Ｓ Ｍ Ａ 的相变温度范围越小,高低温时性能相差越大, Ｓ Ｍ Ａ 双程驱动器的输出性能越好;差动式 Ｓ Ｍ Ａ 双程驱动器与偏动式 Ｓ Ｍ Ａ 双程驱动器相比,前者更容易获得较大的输出力和输出位移,但后者较容易控制,响应速度较快。     

新型混合驱动仿生手的设计与控制

针对微型电机仿生手驱动力不足、触感反馈有效性差等问题。结合仿生理论,设计了一种集微型电机与SMA弹簧混合驱动于一体的模块化仿生手。采用内置式自适应调节变刚度驱动轮,使电机输出拉力提升了2.14倍,通过滑动式大拇指及SMA弹簧驱动的侧摆机构,提升仿生手拟人效果及抓取能力。通过对多种传感器信息融合研究,实现了对目标物距离、抓取力、尺寸、温度检测及自动控制。通过制作实物样机,对仿生手进行了测试验证,研究成果对机械手新型结构设计、多元化感知等方面具有一定意义。     

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。     

电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究

设计了一种新型的多点峰值磁场相互作用的电磁悬浮式微驱动器,解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题,有利于调节悬浮体的运动姿态.通过对悬浮力关于输入电流、气隙高度做单一因素参数化有限元分析和联合参数化有限元分析,得到了微驱动器有限元特征参数关系曲线.通过实验测试,得到的实验特征参数关系曲线与理论特征参数关系曲线和有限元特征参数关系曲线吻合一致,表明了所设计的微驱动器的可行性.     

尺蠖式直线微驱动器的设计

针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运动。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力,并提高了其运动速度。采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系,根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系并制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,驱动器最大箝位力为216.43N,最大驱动力为13.5N,在驱动电压120V,频率95Hz时,达到最大速度48.91mm/s。     

基于三维本构模型的形状记忆合金弹簧力-位移关系研究

基于已有的研究成果,针对形状记忆合金(SMA)弹簧力-位移关系进行研究,提出了能够描述SMA滞回环宽度随应变幅值变化的三维本构模型,再结合弹簧基本力学性能,考虑弹簧丝截面上弯矩的影响,给出了超弹性SMA弹簧力-位移关系的数值仿真方法。此外,将本构模型编写成Abaqus用户材料子程序(UMAT),对SMA弹簧进行有限元分析。通过SMA弹簧的不同位移幅值加卸载试验,对模型进行了验证。结果表明,基于三维本构模型建立的超弹性SMA弹簧力-位移关系模型能较为准确地模拟不同幅值加载工况下弹簧的力学行为,为SMA弹簧的工程应用提供指导意义。     

形状记忆合金(SMA)疏水阀的开发

利用形状记忆合金（SMA）对温度的“记忆”特性开发了一种新型的热静力式疏水阀。论述了该疏水阀的结构原理和动作特性，及其所用SMA弹簧的设计方法，并通过与双金属片式疏水阀的分析和比较，表明SMA疏水阀具有良好的开发应用前景。     

形状记忆合金旋转驱动器结构设计方法

形状记忆合金是一种高效的驱动器.当使用形状记忆合金以较大的驱动力和驱动行程进行双向驱动时,需要增加偏置机构来完成对称动作.使用弹簧等作为偏置机构时,需要有持续能源输入维持变形.为克服这种缺陷,利用形状记忆合金单程记忆效应,以链轮链条传动机构作为依托,提出一种基于应变约束条件的旋转驱动器的结构设计方法.结构中以形状记忆合金作为无需能量输入的偏置机构,实现在单程记忆效应下的大行程双向驱动,并可消除链轮链条传动间隙.根据这种结构的特征,给出结构几何参数的设计公式及输出转矩公式,通过试验的方法研究旋转驱动器中形状记忆合金在应变约束条件下的应力应变特征,给出驱动过程中存在的应变死区,修正转角设计函数.