【摘 要】
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形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)是一种相对特殊的新型材料,集传感与驱动于一体。因为其功能独特,可以用来制作体积较小、性能可靠、高度自动化的元器件而备受瞩目,并且己经被广泛应用于仿生机器人、建筑减震、航空航天等领域。本文主要完成了以下工作:(1)广泛查阅了相关的中文和外文文献,对SMA在国内外的研究进展进行了总结,并阐述了本课题研究意义以及本文主要研究内容。总结了 SMA
【基金项目】
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国家863计划项目(2015AA042302);
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形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)是一种相对特殊的新型材料,集传感与驱动于一体。因为其功能独特,可以用来制作体积较小、性能可靠、高度自动化的元器件而备受瞩目,并且己经被广泛应用于仿生机器人、建筑减震、航空航天等领域。本文主要完成了以下工作:(1)广泛查阅了相关的中文和外文文献,对SMA在国内外的研究进展进行了总结,并阐述了本课题研究意义以及本文主要研究内容。总结了 SMA驱动器设计的关键技术。随后介绍了关于SMA的基本概念、驱动和冷却方式、本构模型和电阻模型。(2)为了研究SMA的电阻特性,设计了 SMA电阻实时采样电路,用于实时采集电阻值,并进行了采样实验,实验结果证明使用SMA的电阻值作为控制系统的反馈量是可行的。(3)选择了性能合适的SMA丝,设计和制作了高性能的SMA驱动器,并进行了性能测试。同时,根据项目指标设计了仿人机械臂腕关节的机械结构,并确定SMA驱动器与腕关节中心轴的连接方式,制作了仿人腕关节。(4)为SMA驱动的仿人机械臂腕关节设计了控制系统,使用Arduino作为控制器,使用L298N作为驱动装置,引入编码器反馈腕关节角度值构成闭环控制系统。基于MATLAB/Simulink平台,分别编写PID和BP神经网络PID控制算法。(5)分别进行了 PID控制实验和BP神经网络PID控制实验。经过实验验证,仿人腕关节的转动范围可以达到60°,转角精度可以达到小于1°。实验完成后,将控制系统移植到倍福嵌入式控制系统中,与协作单位集成了完整的机械臂。
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