內(nèi)嵌式SMA電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、微小型化及輕型化是機(jī)器人的一個(gè)發(fā)展方向，也是一個(gè)研究難點(diǎn)。新型驅(qū)動(dòng)器的研制和開發(fā)是機(jī)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(jī)械和機(jī)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(jī)(SMAActuator，SMAA)，具有能緩和負(fù)荷突變，避免與接觸物產(chǎn)生有害碰撞的特點(diǎn)，因此在裝配機(jī)器人、家用機(jī)器人、空間機(jī)器人及步行機(jī)器人中都

2、有潛在的用途。綜觀由SMAA構(gòu)成的各類機(jī)械手發(fā)現(xiàn)：幾乎所有隨動(dòng)機(jī)構(gòu)中的致動(dòng)元件和偏動(dòng)元件都是分離的，驅(qū)動(dòng)單元和執(zhí)行單元也彼此獨(dú)立，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)仿生柔性動(dòng)作。為此，本文在湖北省自然科學(xué)基金和2004年臺(tái)達(dá)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(biāo)是從根本上簡化電機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的柔順運(yùn)動(dòng)及精確位姿控制。本文主要研究內(nèi)容為ESMAA單元樣機(jī)研制、組合式ESMAA柔性機(jī)械

3、手研制、曲率傳感器設(shè)計(jì)、應(yīng)變檢測電路及相關(guān)控制軟件設(shè)計(jì)，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(jī)及組合式ESMAA柔性機(jī)械手。ESMAA單元樣機(jī)將兩指節(jié)(Φ12mm×45mm)及連接部分(Φ12mm×3mm)在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了整合。利用三臺(tái)ESMAA單元樣機(jī)，通過有機(jī)排列(對(duì)稱分布于等邊三角形頂點(diǎn))設(shè)計(jì)出三指組合式ESMAA柔性機(jī)械手。2.設(shè)計(jì)了ESMAA單元樣機(jī)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(shí)驗(yàn)研究，以及應(yīng)變片電橋電路輸出電壓與電機(jī)彎曲曲率關(guān)系的理論與試驗(yàn)研究。3.研制了基于80C196KC單片機(jī)的ESMAA機(jī)械手柔性伺服系統(tǒng)。主要包括搭建多路應(yīng)變信號(hào)采集電路及多路PWM驅(qū)動(dòng)控制電路。4.實(shí)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(shí)驗(yàn)研究。完成了三指柔性機(jī)械手抓取演示系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。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(dòng)作柔順，系統(tǒng)響應(yīng)迅速。