形状记忆合金驱动的微型管道机器人机械结构设计探索

形状记忆合金合成的微型管道机器人具有容易加工、重量较轻和结构紧凑的特点,可以在各种灾害事故中发挥至关重要的作用。本文主要从设计要求、总体结构设计、运动原理以及运动可行性四个方面探讨了形状记忆合金驱动的微型管道机器人机械结构的设计。     

毫米级微型移动机器人实时识别跟踪算法及系统通讯研究

该文针对微型机器人系统在管道检测中的具体应用，设计了微型机器人实时识别跟踪系统，通过CCD摄像头捕捉微型机器人顶部特征点的位置，实现对微型机器人状态的实时识别跟踪，同时，为缩短系统的处理时间，系统采用特殊的通讯方式，即机器人系统的协调是在微型机器人相互之间不知彼此位置和状态下实现的，系统采用广播通讯方式，信息的流向只是从主控制器发送给每个微型机器人。     

螺旋轮式小型管道机器人控制系统的设计

作业管径小于80mm的小型管道机器人广泛应用于化工、制冷、核电站等领域的检测、维修,其移动结构及信号采集和处理技术具有较高的实用价值和学术意义.采用螺旋轮式结构设计了内径为60mm的小型管道机器人,其原理简单、结构紧凑、控制方便.螺旋轮式移动的主体结构,确保管道机器人具有较大的牵引力和移动速度.管道机器人在管道内的数据信号,由搭载在微型管道机器人的移动结构上的DSTJ-3000智能差压压力传感器采集传送到C8051F330单片机,通过无线蓝牙数传模块,将数据传输到上位机,利用Visual Basic程序软件实现计算机对管道机器人的控制.螺旋轮式小型管道机器人控制系统能够自由控制前进、后退、调速、自锁等,其动作状态数据也可利用上位机软件显示或打印.     

新型仿生介入机器人推进方式

生物管腔中运行的微型机器人驱动机理研究是当前机器人研究的一个热点．为研究适合于充满液体的生物管腔的微型管道介入机器人，基于精子的运动原理，提出一种机器人游动推进方案，建立了游动机器人动力学模型，对该推进方式进行了仿真分析计算．为证明该推进方案的可行性，制作了一个大尺度的机器人实验样机模型．实验表明：实验的结果符合理论的规律，从而证明理论的正确，该推进方式是可行的．     

微小管道机器人移动机械运动学与动力学特性

微小管道机器人能够帮助人们完成诸如小口径管道内检测等工作，其移动机构是机器人研究领域重要的研究内容之一，在分析研究行星齿轮驱动的微型机器人移动机构的运动学和动力学特性的基础上，详细讨论了移动机构的原理，功能及影响因素，研究表明，通过提高移动机构车轮的附着性和驱动力，减小寄生功率的影响，可较好地实现该微型机器人驱动。     

微装配系统中精密定位装置的研制

介绍了一种微型装配系统中的精密定位装置，该系统利用了外形尺寸为2mm的电磁型微电动机制作了 5mm×6mm的微型机器人小车作为粗定位的执行器和装配机器人；利用压电晶体的压电、电致伸缩特性实现了 微工作台的精密定位．系统还利用了图像采集系统来实现位置反馈和实时系统状态显示和控制，微型定位装置的 研制使构造真正的微型装配系统成为可能．     

形状记忆合金机器人关节驱动器的控制系统

介绍一种用形状记忆合金（SMA）作机器人关节驱动器控制用的用片机主控制电路，外围电，加热电源系统，和单片机主控制系统由软件设计，该系统成本低廉，控制精度达0．3°（一个脉冲）。     

微装配系统中精密定位装置的研制

介绍了一种微型装配系统中的精密定位装置 ,该系统利用了外形尺寸为 2 mm的电磁型微电动机制作了 5mm× 6mm的微型机器人小车作为粗定位的执行器和装配机器人 ;利用压电晶体的压电、电致伸缩特性实现了微工作台的精密定位 .系统还利用了图像采集系统来实现位置反馈和实时系统状态显示和控制 ,微型定位装置的研制使构造真正的微型装配系统成为可能     

流固耦合式管道检测机器人自主发电系统

为了给管道检测机器人的电气工作装置提供充足的电能,该文提出一种利用管道内天然气流体动能的管道检测机器人自主发电系统,推导出了各个环节的工作原理方程。利用管道内天然气的流体速度动力冲击机器人尾部叶轮,以及泄流前后的流体速度差,将流体动能转换为发电机的电能。通过对管道检测机器人速度控制装置的泄流状态的分析,建立了受控速度方程;在控制速度条件下,得出了叶轮机叶片的受力方程,并给出了单位时间内管道内流体扫过叶轮机的动能与泄流前后流体速度差的关系方程,并进一步导出了流体动能转化为电能的方程。针对管道内天然气流体速度随时间不规则变化的影响因素,采用了叶轮机最大功率捕获控制策略使自主发电系统的能量转换效率达到最大。对提出的管道检测机器人自主发电系统进行了流体的流固耦合仿真和电气的Matlab仿真。仿真结果表明:该流固耦合式管道检测机器人自主发电系统的工作原理可行,叶轮机额定输出功率在80W左右,而管道检测机器人的用电功率在30W左右,该自主发电系统可满足管道检测机器人系统的供电要求。     

差动式形状记忆合金驱动器驱动的仿生吸盘

为促进爬壁机器人负压吸附机构的微型化和小型化,根据生物负压吸附器官的结构特点,设计了一种形状记忆合金(SMA)驱动器驱动的仿生吸盘.由于SMA响应速度慢,为加快负压响应,仿生吸盘采用差动式SMA弹簧驱动器驱动,并引入电阻反馈监测SMA相变程度,设计了一种变结构控制器控制SMA加热电流.仿真和实验结果表明:该吸盘产生负压较快,并具有一定的吸附能力,能够作为微型和小型爬壁机器人的吸附机构.     

基于形状记忆合金耗能器的框架振动控制试验研究

介绍了形状记忆合金的一种本构关系,讨论了ＳＭＡ耗能器的工作原理,设计和制造了一种用于框架结构振动控制的ＳＭＡ耗能器,并将该种耗能器安装在２层框架结构模型上,进行了结构振动实验。实验结果表明该种耗能器的耗能效果明显,并可以显著发迹框架结构的固有频率,说明了ＳＭＡ耗能器框架结构劝控制上具有一定的研究价值。     

基于形状记忆合金(SMA)阻尼器的结构被动控制

介绍了建筑结构振动控制中被动控制的设计思想和形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）的超弹性特性及应用情况，将一种新型形状记忆合金（SMA）阻尼器应用到框架结构中。针对所提出的形状记忆合金（SMA）阻尼器，分析其超弹性本构模型，建立了热力学方程，利用ANSYS软件进行框架结构的被动控制模拟分析。将所得的普通框架结构与形状记忆合金（SMA）阻尼器框架结构的顶层位移进行比较，发现形状记忆合金（SMA）阻尼器可以很好地改变框架结构的抗震性能，大大减小了结构的地震反应，为框架结构振动控制设计提供了一种新的方法。     

基于SMA阻尼器的大跨桥梁地震位移控制分析

通过超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)拉伸试验研究,建立了SMA四折线本构模型.利用SMA超弹滞回耗能特性,提出一种拉压型SMA阻尼器,并给出其最大输出控制力的计算公式.针对某七跨连续刚构桥,分析了桥梁伸缩缝在无限位器、安装钢棒限位器和安装超弹性SMA阻尼器3种情况下的地震位移.结果表明:安装SMA阻尼器后,伸缩缝处相对位移降低80.3%,中跨跨中水平位移和竖向位移分别降低78.8%和65.9%.因此,SMA阻尼器可以有效控制桥梁结构地震位移,对桥段相对位移的控制效果优于钢棒限位器.     

SMA动作器结构变形的主动控制

根据机翼结构变形控制中主动控制的设计思想和形状记忆合金(SMA)弹簧的特性,设计了一种新型的SMA弹簧动作器,将其应用到机翼骨架结构中.利用ADAMS软件对机翼主动控制进行仿真,对驱动位置进行优化设计.仿真结果表明:该设计实现了机翼骨架结构的主动变形控制,减轻了结构的重量,为无人机的主动控制设计提供了一种新的方法.     

含SMA纤维的复合材料梁有限元法

分析了SMA纤维对复合材料梁材料参数的影响,用梁的二维平面单元对含有不同含量和初始残余应变的SMA纤维的复合材料梁进行了有限元分析。计算结果表明,通过激活SMA纤维,对复合材料梁的弯曲和自振频率均有很强的控制和调节能力。     

SMA沥青路面施工质量监控要点分析

在对SMA路面施工详细介绍的基础上,针对SMA沥青路面施工过程中存在的问题,结合工程实例,着重对沥青路面建设中的设计、原材料、配合比、面层施工等全过程质量管理与控制要点进行了探讨.进而为今后SMA技术更好的推广应用提供参考.     

SMA智能复合材料结构的力学分析与建模

介绍了SMA智能复合材料结构力学建模在弯曲变形及振动控制方面的研究现状,论述了连续型和有限元建模方法,分析了SMA智能复合材料结构大变形问题及温度影响问题,并就SMA智能复合材料结构的力学建模提出几点建议。     

沥青玛蹄脂混合料（SMA）路面施工质量控制

针对SMA路面结构关键工序施工质量控制中存在的问题,从SMA材料的施工细节上分析了其对路面质量的影响,并提出了相应的处理措施。     

基于形状记忆合金阻尼器的结构风振控制分析

为了控制风作用下建筑物的振动,将一种新型形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)阻尼器安装在20层的电视塔结构模型上,建立了在该阻尼器作用下的框架结构动力学平衡方程及其求解方法,并运用Matlab对其进行了田浦台风风谱作用下的框架结构风振控制实验的数值模拟,先后得到了风速风载时程曲线图、控制前后的振动位移曲线图和速度时程曲线图.结果表明,在该种阻尼器的作用下,框架结构的抗风位移响应效果明显,结构的风致振动衰减速率有显著提高.     

Microbionic and peristaltic robots in a pipe

A microbionic and peristaltic robot that simulates the motion of an earthworm to move within a micropipe is proposed. The robot consists of three flexible units. Each unit is composed of two plates connected with three shape memory alloys (SMA) 120° apart, the rubber gasbag around the SMA wires inflated with air inside. Each unit corresponds to a segment of an earthworm, and the SMA and rubber gasbag have the same functions as the cricoid and longitudinal muscles of the earthworm. A control system is designed to fulfill the control of the three flexible units motions, such as stretching, shrinking and bending, so the microrobot can walk forward and backward, and choose the direction.