基于内嵌式SMA电机的多指手驱动控制系统

提出了嵌入式方法,室温时将多根形状记忆合金丝嵌入液态橡胶中固化成弹性棒,由此构成内嵌式形状记忆合金电机.以结构小巧紧凑、功能完备稳定的人手为模型与目标,直接将内嵌式形状记忆合金电机作为指节,构造多指拟人机械手.阐述了记忆合金机械手的驱动控制系统的构成与实现.对DSP最小系统、加热模块、检测模块进行了设计.进行了软件系统的规划和实现,构建了完整的记忆合金机械手驱动控制系统.对单机阶跃响应以及多机协调运行等内容进行了实验研究.实验表明,单指节响应上升时间约为0.55 s,机械手基本能够按预定轨迹运行.     

考虑次迟滞环的内嵌式SMA电机非线性模型

引入量化指标——马氏体份数来描述形状记忆合金的相变程度．基于马氏体份数,构建了可充分定义主、次级迟滞环的非线性分析模型．该模型采用两个指数方程分别计算加热和冷却条件下SMA的马氏体份数,由连续、共初始与共极限约束宴时调整指数方程的相应参数,得到SMA相变时的马氏体份数．由内嵌式SMA电机曲率与SMA马氏体份数的线性变化规律,得到内嵌式SMA电机的弯曲曲率．P1控制的阶跃响应的仿真与实验结果验证了模型的有效性和准确性．     

热机载荷下形状记忆合金梁超静定问题分析

基于梁的弯曲变形理论及形状记忆合金材料的应力-应变关系,在考虑形状记忆合金材料相变临界应力与临界温度关系的情况下,分析了形状记忆合金超静定梁在非纯弯曲条件下的非线性力学行为.为了直观描述梁在拉压两侧相变的不对称性,引入拉压不对称系数,分析了各相变阶段横截面上的应力分布,通过求解平衡方程,得到了横截面中性轴位移、曲率以及...     

磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用

磁控形状记忆合金是一种在磁场控制下可产生较大变形并具有形状记忆功能的新型功能材料。在阐述该种材料磁控特性的基础上,论述了磁控形状记忆合金执行器的工作原理,并以所研制的蠕动型磁控形状记忆合金直线电机为例,介绍了其设计方法与试验结果。     

弯曲纳米棒中的电子输运

研究了弯曲纳米棒中的电子输运行为.应用Serret-Frenet移动坐标系,借助微分几何运算,将问题转化为线性纳米棒中电子在有效势中的散射.在小曲率情况下,采用一级波恩近似,得到了散射矩阵和总透射系数的解析表达式.结果表明,透射系数随入射电子能量呈现振荡行为.透射系数与曲率的4次幂成正比,表明曲率显著影响电子输运性质.这对纳米力学和纳米电子器件研究有潜在的应用价值.     

NiTi形状记忆合金梁的变形特性

针对形状记忆合金材料拉压不对称性,结合梁的纯弯曲理论,研究了NiTi形状记忆合金梁非线性弯曲问题,建立了截面应力、变形量、相变区百分含量表达式,并对简支和悬臂两种梁进行数值求解.结果表明:随着弯矩的增大,中性层先向受压侧移动,后移向受拉侧;在同一弯矩作用下,梁的最大挠度值、曲率、变形量以及相变百分含量随着拉压不对称系数的增大而减小,拉压不对称系数越大材料越不易发生相变.     

基于力和视觉的未知平面内机械手伺服控制

研究机械手对未知平面内直线和圆形轨迹的跟踪方法,在跟踪过程中,保持末端执行器与未知平面之间接触力恒定.该控制系统采用视觉和力的双闭环控制结构,利用双目立体视觉系统实现对未知平面法线方向的估计,实现对水平面内运动分量的视觉伺服控制;应用力传感器感知末端执行器与未知平面之间的接触力,实现对末端执行器在垂直方向运动分量的控制.应用MATLAB机器人工具箱进行仿真实验,验证控制策略的有效性.     

变曲率飞机壁板钻铆执行机器人的设计与仿真

自动钻铆执行机器人设计结构由末端执行器和多关节旋转机械臂组成.末端执行器通过转台结构的分度摆动实现不同执行部件工位的转换.末端执行器通过与旋转关节机械臂的协同作用,实现柔性自动化加工装配.用MATLAB软件仿真得到该机械臂的运动空间轨迹,再通过ADAMS软件仿真检验旋转机械臂的运动空间特性,满足变曲率壁板生产的需要.     

超磁致伸缩执行器动力学模型及数值模拟

为提高超磁致伸缩执行器的控制精度,实现亚微米级的驱动与控制,准确描述执行器的动力学特性是关键环节之一.为建立超磁致伸缩执行器的动力学特性的数学模型,将Terfenol-D 棒作为粘弹性杆连续系统,将Terfenol-D棒在磁场驱动下产生的应变等效为磁-机械转换等效力,建立了执行器系统的一维波动方程,并采用有限元解法求解.模型的计算求解采用迭代方法,易于实现计算机控制.利用Matlab 7.0对不同频率等幅磁场驱动下Terfenol-D棒内的磁场-位移(H-u)曲线进行数值模拟仿真,仿真计算值与实验值误差在10%以内,表明建立的动力学模型能较好地反映磁致伸缩执行器的动力学特性.     

形状记忆合金变截面梁的相变力学行为分析

为掌握形状记忆合金变截面梁在弯曲变形过程中的相变力学行为,基于弯曲变形理论,结合形状记忆合金的本构关系,推导出形状记忆合金变截面梁的非线性控制方程,用分阶段分步骤方法分析变截面梁的相变过程,研究变截面梁的机械载荷、拉压不对称系数和变截面系数对中性轴位移、曲率和相边界的影响,并与有限元结果进行对比.结果表明：变截面系数对相边界和曲率的影响较大,其值越大,中性轴位移的最大值越小,各相边界位置越远离截面边缘;拉压不对称系数对中性轴位移最大值的影响比载荷和变截面系数更大,但对最大值出现的截面位置影响最小;拉压不对称系数对受压侧相边界比受拉侧的影响更大,拉压不对称系数越大,截面受压侧越易发生相变.