內嵌式SMA電機驅動控制系統(tǒng)研究.pdf

1、微小型化及輕型化是機器人的一個發(fā)展方向，也是一個研究難點。新型驅動器的研制和開發(fā)是機器人微小型化的關鍵。形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy，SMA)作為新型功能材料家族中的重要成員，已在工程機械和機器人領域得到了廣泛應用。由SMA構成的結構簡單、控制靈活、功率密度大的柔性SMA電機(SMAActuator，SMAA)，具有能緩和負荷突變，避免與接觸物產生有害碰撞的特點，因此在裝配機器人、家用機器人、空間機器人及步行機器人中都

2、有潛在的用途。綜觀由SMAA構成的各類機械手發(fā)現：幾乎所有隨動機構中的致動元件和偏動元件都是分離的，驅動單元和執(zhí)行單元也彼此獨立，機構復雜，不能實現仿生柔性動作。為此，本文在湖北省自然科學基金和2004年臺達電力電子科教發(fā)展基金共同資助下，研制了一種新型內嵌式SMAA(EmbeddedSMAA，ESMAA)，目標是從根本上簡化電機結構，實現機械手的柔順運動及精確位姿控制。本文主要研究內容為ESMAA單元樣機研制、組合式ESMAA柔性機械

3、手研制、曲率傳感器設計、應變檢測電路及相關控制軟件設計，所取得的初步研究成果如下：1.研制了新結構ESMAA單元樣機及組合式ESMAA柔性機械手。ESMAA單元樣機將兩指節(jié)(Φ12mm×45mm)及連接部分(Φ12mm×3mm)在結構上進行了整合。利用三臺ESMAA單元樣機，通過有機排列(對稱分布于等邊三角形頂點)設計出三指組合式ESMAA柔性機械手。2.設計了ESMAA單元樣機曲率傳感器。包括電阻應變片選型，應變片不同粘貼方式的比較性

4、實驗研究，以及應變片電橋電路輸出電壓與電機彎曲曲率關系的理論與試驗研究。3.研制了基于80C196KC單片機的ESMAA機械手柔性伺服系統(tǒng)。主要包括搭建多路應變信號采集電路及多路PWM驅動控制電路。4.實現了ESMAA的位姿檢測和反饋控制，完成了基于應變反饋的P+、分段多模式PI+控制理論探討和實驗研究。完成了三指柔性機械手抓取演示系統(tǒng)實驗。手爪自重60g，能抓取質量240g、半徑20mm的銅柱。抓取過程中，手爪動作柔順，系統(tǒng)響應迅速。