基于形状记忆合金的仿生微型湿吸机器人喷液机构研究和设计

来源 :同济大学电子信息工程学院 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xujie880112
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自然界中蚂蚁、蟋蟀和苍蝇等昆虫可以在墙壁上随处行走和停留,这种能力来自于粘液、复杂机械系统以及生物系统之间的相互作用。本项目中的仿生湿吸附微型机器人正是受此启发而展开研究的。 粘液分泌(微喷)系统是仿生湿吸附微型机器人的一个关键组成部分,是仿生机器人吸附力形成的前提和基础。微喷系统的核心部分是喷液机构。本文研究了一种能够适用于仿生湿吸爬壁微型机器人的喷液机构,该机构是基于形状记忆合金(SMA)这一核心的功能材料而实现。 首先,通过理论计算SMA弹簧的几本材料参数,并设计实验对SMA相关性能作了具体实验测试,通过所获取的数据验证利用这一材料对本项目中喷液机构进行开发设计的可行性。 然后,建立了关于活塞式喷液的数学模型并分析了其响应速度和喷液量;并对阀球受力情况做了理论上的分析。然后依据理论研究得出的结论,重点对阀门元件、动力元件及通路选择元件三种核心部件进行设计。这三个元件都是利用形状记忆合金作为驱动器件实现的。其中阀门元件可以控制水液流动的通断;动力元件作用类似一个微型的水泵,可以不断从存储液体的水池吸收水液向外喷射;通路选择元件能够选择合适的水流通路。 最后,依据所设计的三种核心元件,并针对六足仿生机器人的结构设计特点提出了四种喷液机构实现方案,并对其优缺点进行分析比较,明确了各个方案的优劣以及各自的适用条件。最后还通过实验测试,证明了所设计方案的可行性。
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