內(nèi)嵌式SMA電機驅(qū)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(qū)動器的研制和開發(fā)是機器人微小型化的關(guān)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(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由SMA構(gòu)成的結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(gòu)成的各類機械手發(fā)現(xiàn)：幾乎所有隨動機構(gòu)中的致動元件和偏動元件都是分離的，驅(qū)動單元和執(zhí)行單元也彼此獨立，機構(gòu)復(fù)雜，不能實現(xiàn)仿生柔性動作。為此，本文在湖北省自然科學(xué)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(nèi)嵌式SMAA(EmbeddedSMAA，ESMAA)，目標是從根本上簡化電機結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)機械手的柔順運動及精確位姿控制。本文主要研究內(nèi)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(shè)計、應(yīng)變檢測電路及相關(guān)控制軟件設(shè)計，所取得的初步研究成果如下：1.研制了新結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計出三指組合式ESMAA柔性機械手。2.設(shè)計了ESMAA單元樣機曲率傳感器。包括電阻應(yīng)變片選型，應(yīng)變片不同粘貼方式的比較性

4、實驗研究，以及應(yīng)變片電橋電路輸出電壓與電機彎曲曲率關(guān)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(yīng)變信號采集電路及多路PWM驅(qū)動控制電路。4.實現(xiàn)了ESMAA的位姿檢測和反饋控制，完成了基于應(yīng)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(zhì)量240g、半徑20mm的銅柱。抓取過程中，手爪動作柔順，系統(tǒng)響應(yīng)迅速。