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

1、本文主要研究嵌入式形狀記憶合金驅(qū)動器的技術方法。提出了兩種不同類型的軟體機器人方案:一個內(nèi)嵌SMA絲、具有抓取復雜物體功能的機器人夾爪和一個內(nèi)嵌SMA彈簧的類似章魚觸手的機器人手臂。機器人夾爪能夠模擬人類手指的動作，它的設計初衷是研究手指在抓取物體時發(fā)生的力的轉(zhuǎn)換和分配機制。章魚機器人手臂能夠模擬章魚觸手的彎曲動作，它的設計目的是分析手臂在自然狀態(tài)下或抓取物體時的剛度。機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行硅彈性體澆鑄，當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)動器應當對稱嵌入硅彈性體手指中，從而平衡軟體機器人夾爪在抓取物體時傳遞的力。
　　另一方面，根據(jù)活章魚的流體靜力學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器人手臂中。利用直流電源對上述兩種軟體機器人進行測試。試驗結(jié)果表明軟體機器人夾爪能夠抓取并提起各種復雜形狀的物體，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系;內(nèi)嵌兩種不同形式的SMA驅(qū)動器的章魚機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到臨界點且在該臨界點只能提供非常小的驅(qū)動力。試驗結(jié)果同樣也顯示出嵌入式和未嵌入式SMA驅(qū)動器之間的細微差別，其中的原因可能是宿體介質(zhì)中的應力變化。
　　在上述通電加熱試驗中，我們觀察得到SMA彈簧相較于

4、SMA絲能夠使章魚機器人手臂產(chǎn)生更好的變形。因此，為了進一步研究SMA絲的變形特性，設計另一個試驗: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，該試驗能夠使內(nèi)嵌SMA絲的章魚機器人手臂產(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、鋼絲等其他試驗材料是因為SMA絲具有較高的抗拉強度、柔韌性和彈性。根據(jù)章魚機器人手臂的彎曲變形推算出該手臂的彈性模