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《东北大学》 2015年
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SMA驱动的仿人手腕设计及其控制系统的研究

赵亮亮  
【摘要】:仿生机器人的是指模拟生物的生理结构、从事生物工作的机器人,仿生机器人技术是一种多种学科交叉的技术。智能材料的构想源自仿生,形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)作为一种智能材料,其最重要的特性是具有形状记忆效应(Shape Memory Effect,SME)。SMA作为执行器件已经被广泛用在仿人机器人、生物医学、航空和汽车等领域。本文工作主要如下:本文首先介绍了课题研究背景,对SMA和SMA驱动仿生机器人国内外进展现状进行了深入的研究,并叙述了本课题研究意义以及本文主要研究内容。针对仿人手腕的运动特点,选定偏动式为本文所设计的SMA驱动器的驱动形式。对SMA驱动器进行了结构设计,并实现了制作和安装。同时,设计了 SMA驱动的仿人手腕,并且通过对手腕的正运动学和逆运动学分析、静力学与动力学分析和十字轴的有限元分析,验证了所设计的双自由度SMA驱动手腕结构的合理性。再次,对手腕的控制系统进行总体设计,设计了 SMA加热单元电路,确定了控制系统反馈信号采集所需要的硬件和软件,包括:ArduinOMega2560、Matlab和Arduino IDE。同时对位移传感器、角度传感器和温度传感器进行了选择。最后,基于Matlab平台和Arduino IDE集成开发环境,分别编写了 PID控制算法和无模型自适应控制算法,分别对SMA驱动器和手腕进行控制实验。通过实验,验证了该控制系统可以实现对偏动式SMA驱动器的位移的精确控制,确定了 SMA驱动器能够实现本文所提出的仿人手腕的性能指标。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP242

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