形状记忆合金驱动器的研究现状及展望

形状记忆合金是一种新型智能材料,具有大的磁致应变、驱动迅速、驱动力大、能够精确控制等优点,有望成为新一代驱动与传感材料。主要类比了传统温控形状记忆合金和新型磁控形状记忆合金的区别,综述了它们的工作原理及在驱动器方面的应用,对它们在驱动器方面的研究进行了总结和展望。     

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。     

磁控形状记忆合金直线驱动器

介绍了磁控形状记忆合金在磁场作用下的形变机理，并测得在0．4T的磁场下其自由形变率可达3．6％。根据其变形机理，利用仿生学原理研制出了磁控形状记忆合金驱动器样机及其控制系统，实现了驱动器大的行程和往复运动，给出了相应的实验结果曲线。     

基于模糊控制的直线型形状记忆合金驱动器控制系统设计

采用模糊控制的方法对一种直线型形状记忆舍金驱动器的输出位移进行控制。整个控制系统采用MCS-51单片机作为核心，介绍了这个控制系统的设计方法，并给出了能实现上述控制系统的硬件电路原理图以及软件程序流程图。其中的模糊控制器采用离线计算、在线查询决策的方法，易于工程实现。     

形状记忆合金在驱动器上的应用研究

随着新技术的快速发展,形状记忆合金作为一种重要的智能材料在制造、医疗和航空航天等领域有着越来越广泛的应用。形状记忆合金易于实现驱动器微型化和自动化,有着传统驱动器不可比拟的性能优点。本文总结基于智能材料的驱动器,探讨NiTi形状记忆合金驱动器的制造和驱动触发等问题以及新的研究方向。     

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。     

用于柔性机械手的形状记忆合金驱动器滑模控制研究

提出了一种新型结构形式的形状记忆合金驱动器——内嵌式形状记忆合金驱动器。该驱动器将U形回复形状记忆合金丝嵌入弹性硅胶棒内，通过温控方式实现驱动器的往复可逆弯曲运动，对外稳定输出力和位移。研究了驱动器运行机理，探讨了基于形状记忆合金电阻反馈的变结构滑模控制策略，进行了仿真和实验研究。     

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。     

提高形状记忆合金直线驱动器工作频率研究

提出基于位移累加原理的直线驱动器,采用形状记忆合金作为驱动元件,能提供较大的力和位移,但其工作频率受加热和冷却方式的影响。就几种不同加热、冷却方式所测得的结果进行分析比较,提出最优的加热、冷却方式,并提出基于PIC单片机的加热冷却控制方法。     

一种形状记忆合金扭转驱动器的制备与测试

研究了一种以镍钛（NiTi）形状记忆合金带材为基本驱动材料的平面涡卷式扭转驱动器。该驱动器利用NiTi合金的单程形状记忆效应与回复弹簧的相互作用,实现驱动器在高低温状态下正反两向的扭矩输出。分析了驱动器的基本结构形式和驱动原理,探讨了NiTi合金驱动部件的设计方法和基本制备工艺。设计制作了驱动器原理样机,并测试了驱动器的输入输出特性。测试结果表明,该驱动器在给定的高低温环境(10~60℃）下能够在正反两个方向连续稳定地输出扭矩,最大行程范围为0~175°,最大输出扭矩达到0.33N·m。实测结果证明了驱动器设计方案与制备工艺的可行性。     

温控形状记忆合金的驱动响应模型

基于传热学理论和驱动几何关系建立了温控形状记忆合金(SMA)驱动器的驱动响应模型,动态修正了模型中受温度影响的参数值,提高了驱动模型的响应精度,分析并得到了SMA丝正多边形截面边数小于8时提高响应速度的规律。基于理论分析结果,测试了直径1.2 mm、长度10πmm、初始圆心角30°的SMA丝在电流6A下的驱动响应,响应模型的计算结果同实验结果的对比表明,驱动全过程的最大误差(驱动终点)降至1.8 s,模型能较精确地描述驱动过程。     

SMA柔性扭转驱动器的结构设计与优化研究

设计了一种基于柔性结构的SMA扭转驱动器,通过加热SMA丝收缩带动柔性结构变形从而实现驱动器的扭转输出。柔性结构在SMA丝拉力作用下的变形情况对驱动器的转角输出有很大的影响,为获得最大的输出转角,需对柔性结构的形状和SMA丝的作用点位置进行优化设计。采用三次B样条曲线描述柔性结构的形状,通过有限元法分析柔性结构的变形,并应用遗传算法进行柔性结构的形状优化和SMA丝作用点位置优化。实际算例表明,利用优化方法可快速有效地获得使SMA柔性扭转驱动器输出转角最大的柔性结构形状与SMA丝作用点位置。     

新型SMA丝致动器的结构设计与实验研究

针对航空航天领域的需求,提出一种新型形状记忆合金（SMA）致动器,即将两组合金丝对峙布置,利用螺母自锁累加位移,得到大推力和长行程。通过实验得到了SMA丝致动器的驱动性能指标。     

新型SMA驱动技术

概括了形状记忆合金的相变晶体和热力学特性,并在此基础上介绍了形状记忆合金驱动器的结构、原理、驱动、控制和应用。综述了当前形状记忆合金驱动技术研究中的若干热点。     

基于有限段方法的SMA扭转驱动器柔性机构动力分析

柔性机构的动力学分析是柔性机构学研究的重要课题,柔性部件的变形对系统的安全性和可靠性有直接的影响。针对SMA柔性扭转驱动器的梁式柔性构件的特点,应用有限段的方法建立了其离散分析模型。充分利用ADAMS软件在多体系统动力学分析上的优势,应用ADAMS宏命令建立了SMA柔性扭转驱动器的有限段离散模型,将柔性机构的动力学问题转化为多刚体动力学问题,从而实现对柔性机构动态特性的分析。     

形状记忆合金在六足步行机器人中的应用

论文利用形状记忆合金（Shape Memory Alloys,简称SMA）作为驱动元件,并且通过单片机控制电流的通、断来控制其动作,设计制作出六足步行机器人,给出了这种机器人的具体设计、制作方案,包括该机器人的运动原理、设计要点、结构组成和控制方式.