基于SMA的具有抓取功能的軟體機(jī)器人力轉(zhuǎn)換機(jī)制及機(jī)械臂剛度的研究.pdf

1、本文主要研究嵌入式形狀記憶合金驅(qū)動器的技術(shù)方法。提出了兩種不同類型的軟體機(jī)器人方案:一個內(nèi)嵌SMA絲、具有抓取復(fù)雜物體功能的機(jī)器人夾爪和一個內(nèi)嵌SMA彈簧的類似章魚觸手的機(jī)器人手臂。機(jī)器人夾爪能夠模擬人類手指的動作，它的設(shè)計(jì)初衷是研究手指在抓取物體時(shí)發(fā)生的力的轉(zhuǎn)換和分配機(jī)制。章魚機(jī)器人手臂能夠模擬章魚觸手的彎曲動作，它的設(shè)計(jì)目的是分析手臂在自然狀態(tài)下或抓取物體時(shí)的剛度。機(jī)器人手指和手臂是由硅彈性體鑄模制成。將SMA驅(qū)動器通過螺釘固定在圓

2、柱模具的合適位置，并在室溫下對模具進(jìn)行硅彈性體澆鑄，當(dāng)硅彈性體凝固后鑄件會變得柔軟，可以作為人工肌肉使用。值得注意的是，SMA驅(qū)動器應(yīng)當(dāng)對稱嵌入硅彈性體手指中，從而平衡軟體機(jī)器人夾爪在抓取物體時(shí)傳遞的力。
　　另一方面，根據(jù)活章魚的流體靜力學(xué)特性及其觸手上縱向和橫向的肌肉分布，我們將SMA驅(qū)動器線性地嵌入章魚機(jī)器人手臂中。利用直流電源對上述兩種軟體機(jī)器人進(jìn)行測試。試驗(yàn)結(jié)果表明軟體機(jī)器人夾爪能夠抓取并提起各種復(fù)雜形狀的物體，并且隨著

3、SMA驅(qū)動器上電壓和電流的增大軟體機(jī)器人夾爪上的抓取力也不斷增大，主要原因是SMA驅(qū)動器的驅(qū)動力與驅(qū)動器兩端的電壓呈線性增大關(guān)系;內(nèi)嵌兩種不同形式的SMA驅(qū)動器的章魚機(jī)器人手臂的變形量很小，主要原因是SMA驅(qū)動器在給定的電壓下很快達(dá)到臨界點(diǎn)且在該臨界點(diǎn)只能提供非常小的驅(qū)動力。試驗(yàn)結(jié)果同樣也顯示出嵌入式和未嵌入式SMA驅(qū)動器之間的細(xì)微差別，其中的原因可能是宿體介質(zhì)中的應(yīng)力變化。
　　在上述通電加熱試驗(yàn)中，我們觀察得到SMA彈簧相較于

4、SMA絲能夠使章魚機(jī)器人手臂產(chǎn)生更好的變形。因此，為了進(jìn)一步研究SMA絲的變形特性，設(shè)計(jì)另一個試驗(yàn):去除SMA絲兩端的供電電壓，將SMA絲連接至一個驅(qū)動器。該驅(qū)動器能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為力矩并傳遞給SMA絲，毫無疑問，該試驗(yàn)?zāi)軌蚴箖?nèi)嵌SMA絲的章魚機(jī)器人手臂產(chǎn)生很好地彎曲變形。然而，之所以選擇SMA絲而不是選擇SMA彈簧或者銅線、鋼絲等其他試驗(yàn)材料是因?yàn)镾MA絲具有較高的抗拉強(qiáng)度、柔韌性和彈性。根據(jù)章魚機(jī)器人手臂的彎曲變形推算出該手臂的彈性模