基于SMA的蠕動(dòng)機(jī)器人的研究.pdf

1、蠕動(dòng)機(jī)器人是仿生機(jī)器人的一種，在工業(yè)生產(chǎn)、消防部門和日常生活中具有廣泛的應(yīng)用。基于SMA的蠕動(dòng)機(jī)器人由于具有體積小、模塊化、耐嚴(yán)寒、易密封等特點(diǎn)，能在很狹窄的場合或管道中檢查工況、排除故障；又由于其隱蔽性強(qiáng)，在反恐和軍事領(lǐng)域也具有良好的應(yīng)用前景。因此開展該方面的研究具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值及社會(huì)意義。本文首先對蠕動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和步態(tài)規(guī)劃。在對低等生物運(yùn)動(dòng)機(jī)理深入研究的基礎(chǔ)上，選擇模擬生物尺蠖的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行蠕動(dòng)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)步態(tài)

2、規(guī)劃。根據(jù)設(shè)計(jì)，蠕動(dòng)機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)包括支撐板和偏壓式記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器兩部分。偏壓式記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器由四根SMA彈簧和一根偏置彈簧組合而成，設(shè)計(jì)時(shí)先確定SMA彈簧，再根據(jù)SMA彈簧的特性曲線對偏置彈簧進(jìn)行匹配性設(shè)計(jì)，工作時(shí)可以控制記憶合金驅(qū)動(dòng)器收縮或者伸長。其次，設(shè)計(jì)了蠕動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由軟件和硬件電路組成，采用脈寬調(diào)制控制SMA彈簧電流大小的電加熱方式和自然冷卻方式相結(jié)合的控制策略?？刂葡到y(tǒng)采用單片機(jī)系統(tǒng)，由軟件產(chǎn)生具

3、有一定占空比的周期性脈沖信號(hào)，輸出到場效應(yīng)管控制SMA彈簧的通電與否。再次，利用ADAMS建立了蠕動(dòng)機(jī)器人模型，對其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)步態(tài)仿真以驗(yàn)證蠕動(dòng)機(jī)器人的步態(tài)可行性，進(jìn)而通過參數(shù)化分析工具以蠕動(dòng)步距最大化為目標(biāo)函數(shù)對其運(yùn)動(dòng)步態(tài)進(jìn)行了分析。最后，加工出單關(guān)節(jié)蠕動(dòng)機(jī)器人，并對其進(jìn)行占空比測試實(shí)驗(yàn)和蠕動(dòng)實(shí)驗(yàn)。通過占空比測試實(shí)驗(yàn)，得到單關(guān)節(jié)蠕動(dòng)機(jī)器人所用四根SMA彈簧的收縮時(shí)間與占空比關(guān)系。通過對單關(guān)節(jié)蠕動(dòng)機(jī)器人一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的蠕動(dòng)實(shí)驗(yàn)，機(jī)器人可以完