形状记忆合金驱动器设计及控制研究

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1、辽宁工程技术大学硕士学位论文形状记忆合金驱动器设计及控制研究姓名：袁月峰申请学位级别：硕士专业：机械制造及自动化指导教师：张树森;解中宁2003.4.1摘要本文介绍了用于机器人的形状记忆合金(SMA)驱动器的应用研究情况。从实际使用的角度出发，详细介绍了相关驱动器设计的SMA材料的各种特性，讨论了SMA驱动器原理和驱动方式，设计了SMA回转型实验驱动器。通过对SMA材料机理的分析，提出了一种基于模糊理论的SMA驱动器模糊控制方式，设计了驱动器的控制系统硬件部分，包括PWM控制器，转角反馈电路以及PC机与单片机

2、串行通信电路等，编制了相关程序，并进行了实验。理论分析和实验结果表明，基于模糊原理的PWM模糊控制器对SMA驱动器的控制是可行的，并且具有进一步研究的意义和价值。关键词：形状记忆合金脉宽调制模糊控制AbstractApplicationofSMAactuatorappliedinrobotsisintroduced．Fromapracticalview，thevariespropertiesofSMArelatedtoactuatordesignaredetailed，drivingprinciplesand

3、patternsdiscussedandanexperimentalSMArotatoryactuatorconstructed．Afteranalyzingthematerial，anewcontrolpatternonthebasisoffuzzytheoryisproposed．Aconcretecontrollerhasbeenconstructed，includingPWMproducer，anglefeedbackandserialcommunicatingcircuits，etc．Meanwhi

4、le，correspondingcontrolprogramshavebeendesigned．Finally，someexperimentshavebeencarried．BoththetheoryanalysisandexperimentalresultsshowthatthePWMcontrollerbasedonfuzzycontroltobeappliedinSMAactuatorisfeasibleandpracticable，anddeservedfurtherresearch．Keywords

5、：SMAPWMFuzzycontrol辽宁工程技术大学硕士学位论文l引言1．1形状记忆合金驱动器研究的意义自60年代美国的GeorgeDevol研制的第一台通用工业机器人Engelberger问世以来到今天机器人技术己走过了40多年历史，经历了由没有反馈元件的顺序控制机器人，具有简单传感器反馈信息的程序控制机器人，到今天正在研究的具有自主决策能力的智能机器人的发展过程。机器人学逐渐发展成为一门当前高技术领域里的前沿学科，边缘学科。它与机构学、动力学、仿生学、材料技术、电子学、计算机、自动控制理论、传感器技术、

6、信息技术等学科关系密切，相互渗透，共同发展【3】。机器人的结构形式、控制方式越来越复杂，应用领域越来越广泛，从传统的应用于工业生产的焊接和装配的工业机械手向着多形式、多功能、智能化方向发展。在医疗上，有现在正在研究和开发的手术机器人，可以帮助外科医生进行高精度的脑外科手术；在军事上，有昆虫机器人、爬行机器人、水下机器人等，可以进行如排雷等极危险或是人不能做到的军事任务。在娱乐业中也出现了机器人的身影，如会弹钢琴的机器人，舞蹈机器人，足球机器人等。机器人设计中的几个关键问题包括机构设计、驱动方式及驱动器设计、控

7、制系统设计等。机器人的形式、功能多样化对机器人设计及制造都提出了更多更高的要求。其中，对机器人驱动器的研究和设计一直是机器人研究中的一个关键问题。传统的机器人驱动装置包括驱动器和传动装置两部分，它们通常与执行机构联成一体。目前应用中的机器人驱动器从驱动方式上主要分为电动驱动、液压驱动、气动驱动三种方式。三种方式各有自己的优缺点。电动驱动器是目前使用最广泛的驱动器。它的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。电动驱动器又可分为直流(Dc)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电机驱动等。后者多为开环控

8、制，控制简单但输出功率一般不大，多用于小功率机器人。直流伺服电机有很多优点，辽宁1程技术大学硕士学位论文但它的电刷易磨损，且易形成火花。随着技术的进步，近年来交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电机而成为机器人的主要驱动器。电动驱动方式中的减速装置往往要占去较大的空间，同时也增加了驱动器的功率负荷，使得驱动器的体积不易做得较小，输出功率也受到的了限制。液压驱动方式的主要特点是输出功率大，结构简单，可省去减