形狀記憶合金驅(qū)動的仿壁虎機器人的研制.pdf

1、壁虎經(jīng)過十億年以上的進化，形成的高效、高機動的攀爬能力與傳統(tǒng)機電式的爬壁機器人有著鮮明的對比，傳統(tǒng)機電式驅(qū)動器的低功重比無法滿足微小型仿壁虎爬壁機器人的驅(qū)動要求。采用智能材料作為驅(qū)動器已經(jīng)成為仿生機器人領(lǐng)域的一大熱點，形狀記憶合金就是一種新型驅(qū)動材料。形狀記憶合金驅(qū)動器具有體積小、驅(qū)動功/重比大、無污染和噪音等特點。本文利用形狀記憶合金設(shè)計了驅(qū)動器，并用來驅(qū)動仿壁虎爬壁機器。該機器人具有結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，重量輕等特點。 本文

2、首先介紹了形狀記憶合金驅(qū)動的爬壁機器人的研究現(xiàn)狀，進而闡述了本文的研究意義和內(nèi)容。接下來我們介紹了形狀記憶效應(yīng)、形狀記憶合金驅(qū)動器的種類，并選擇了合適的形狀記憶合金驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)形式；選用了一種形狀記憶合金相變過程中的熱力學(xué)方程，分析了各種不同形狀記憶合金驅(qū)動器的驅(qū)動力、驅(qū)動位移隨時間的變化關(guān)系，并用實驗證明了方程能在一定程度上較好的與實驗結(jié)果吻合；提出了利用推挽式形狀記憶合金驅(qū)動器以驅(qū)動機器人的足部和前后肢。 隨后，我們對自然界

3、壁虎的身體結(jié)構(gòu)進行提取簡化，設(shè)計出了機器人的本體結(jié)構(gòu)；接著，我們分析了機器人運動時的平衡問題；選擇了合適的機器人軀體材料，并設(shè)計了驅(qū)動器的安裝方法。 最后，我們對機器人進行了步態(tài)規(guī)劃，并設(shè)計了控制機器人運動的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件控制系統(tǒng)是以PIC16F877A單片機為控制核心，設(shè)計了基本的外圍電路和驅(qū)動器的加熱控制電路；按照我們要求的運動方式，編寫了控制軟件。我們對機器人的地面爬行運動進行實驗。實驗表明機器人能夠?qū)崿F(xiàn)地面行走