【摘 要】
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微小型化是机器人的一个发展方向,也是一个研究难点。新型驱动器和新型行走机构的开发是机器人微小型化的关键。基于形状几何合金(SMA)集多种功能于一身的特点,采用SMA驱动器是
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微小型化是机器人的一个发展方向,也是一个研究难点。新型驱动器和新型行走机构的开发是机器人微小型化的关键。基于形状几何合金(SMA)集多种功能于一身的特点,采用SMA驱动器是机器人实现微小型化的途径之一。
本文主要工作如下:
1.阐述了基于SMA驱动的蠕动微小型车的研制及运动机理。该微型车打破近几年来国内外微小型机器人大多采用腿式结构的传统,是开发轮式微小型机器人的全新尝试。系统利用SMA弹簧模拟蠕虫肌肉的收缩与舒张运动;刚-柔混合构件中的并行柔性机构明显增大了微型车的前进步距;车轮逆向止动器成功解决了微型车前进中的车轮倒退,使微型车具有明确的运动方向。
2.分析了车轮逆向止动器的工作原理,并从理论上研究了影响逆止器夹紧力的几何结构因素。分析了基于SMA驱动的并行柔性结构,推导了步距放大的定量算式。
3.用上述基于SMA驱动的并行柔性机构开发了一种蠕动微型车样机。采用脉宽调制的方法,实现微型车类似昆虫的蠕动前进。分析了SMA的驱动和反馈控制方式,开发了微型车的开环控制系统,所开发的程序及硬件均预留端口,以供今后系统的升级或扩展。
4.利用广义机构的概念,实现有源柔性杆件的刚性替代,并在此基础上利用平面连杆机构矢量法对微型车进行运动学分析,并求出解析解。
5.利用结构对称性理论简化了微型车的受力模型,利用当量悬臂梁的概念简化了弹簧与弹性杆的受力分析,为使微型车有确定运动需加以机构上的驱动力。
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