基于SMA驱动的灵巧手指结构设计及其控制的研究

《基于SMA驱动的灵巧手指结构设计及其控制的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文基于SMA驱动的灵巧手指结构设计及其控制的研究STUDYONTHESTRUCTUREDESIGNANDCONTROLOFDEXTEROUSFINGERSBASEDONSMAACTUATION王文越哈尔滨工业大学2018年6月-国内图书分类号：TP241.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于SMA驱动的灵巧手指结构设计及其控制的研究硕士研究生：王文越导师：刘伊威研究员申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学-ClassifiedIndex:241.3U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHESTRUCTUREDESIGNANDCONTROLOFDETERROUSFINGERSBASEDONSMAACTUATIONCandidate：WangWenyueSupervisor：Prof.LiuYiweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Mecheni

3、calEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要灵巧手作为机器人末端执行器，对整个机器人的智能程度、灵巧性有着重要的意义。未来随着我国空间站的进一步完善，空间站灵巧手的操作任务及操作环境愈加复杂，给空间灵巧手提出了更高的要求。作为空间机器人末端执行器的灵

4、巧手，其结构尺寸以及灵巧操作能力，直接决定着空间机器人所能完成任务的复杂性以及空间机器人所能适用的环境。因此本文针对现今服役的空间灵巧手存在重量体积过大、驱动系统复杂等缺陷设计了基于SMA驱动的灵巧手指并对其控制策略进行了研究。首先，根据设计指标拟定了SMA驱动灵巧手的总体设计方案，确定了手指的自由度配置、驱动形式、以及传动方案。并在此基础上，详细设计了手指各关节的具体结构，为将手指在不牺牲驱动力矩的前提下做到结构尺寸与人类手指接近1:1，提出了使用SMA丝的驱动方案。之后，为实现对手指各关节力和角位置的实时测

5、量，设计了手指的传感系统，并对力传感器进行了应变与强度分析，验证了本设计的可行性。最后对手指的抓握能力以及动力学特性进行了仿真分析，证明了手指结构设计的合理性，并验证了SMA丝的驱动力能满足设计指标对驱动力矩的要求。然后，对Ni-Ti基形状记忆合金的材料特性进行了分析，并针对其材料特性进行了实验研究，验证了SMA差动驱动的可行性。然后以SMA材料特性为基础对SMA驱动的灵巧手指单关节进行了数学建模，并运用Matlab/simulink仿真软件对此数学模型进行了仿真分析探究SMA驱动器的驱动特性。最终得到了驱动电

6、流与驱动器响应速度以及输出位移的关系。最后搭建实验平台，对本文设计的SMA驱动器进行实验研究，实验结果验证了仿真分析的正确性，也为后续手指的控制策略的研究奠定了理论基础。最后，对SMA驱动灵巧手指进行了运动学分析。以此为基础展开对手指控制策略的研究，建立了手指基关节PD控制模型，并通过仿真分析得到理想的控制器参数。随后又对手指阻抗控制进行分析，建立了手指基于位置的阻抗控制模型，并对其进行了仿真分析。最后对手指进行了实验分析，验证了手指结构的合理性，功能的完整性以及控制方法的可行性。关键词：形态记忆合金；驱动器；

7、灵巧手指；位置控制I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsarobotendeffector,adexteroushandhasimportantsignificancefortheintelligenceanddexterityoftheentirerobot.WiththefurtherimprovementofChinaSpaceStation,theoperationaltasksandoperatingenvironmentofthedexteroushandbecomesmorecomp

8、lex,thatplaceshigherdemandsondexteroushands.Astheend-effectorofthespacerobot,thestructuresizeandsmartoperationabilitydirectlyofthedexteroushandwilldeterminethecomplexityandenvironment,thecomplex