形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿壁虎機(jī)器人的研制.pdf

1、壁虎經(jīng)過(guò)十億年以上的進(jìn)化，形成的高效、高機(jī)動(dòng)的攀爬能力與傳統(tǒng)機(jī)電式的爬壁機(jī)器人有著鮮明的對(duì)比，傳統(tǒng)機(jī)電式驅(qū)動(dòng)器的低功重比無(wú)法滿(mǎn)足微小型仿壁虎爬壁機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)要求。采用智能材料作為驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為仿生機(jī)器人領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)，形狀記憶合金就是一種新型驅(qū)動(dòng)材料。形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器具有體積小、驅(qū)動(dòng)功/重比大、無(wú)污染和噪音等特點(diǎn)。本文利用形狀記憶合金設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器，并用來(lái)驅(qū)動(dòng)仿壁虎爬壁機(jī)器。該機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，重量輕等特點(diǎn)。 本文

2、首先介紹了形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的爬壁機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，進(jìn)而闡述了本文的研究意義和內(nèi)容。接下來(lái)我們介紹了形狀記憶效應(yīng)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的種類(lèi)，并選擇了合適的形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式；選用了一種形狀記憶合金相變過(guò)程中的熱力學(xué)方程，分析了各種不同形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)位移隨時(shí)間的變化關(guān)系，并用實(shí)驗(yàn)證明了方程能在一定程度上較好的與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合；提出了利用推挽式形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的足部和前后肢。 隨后，我們對(duì)自然界

3、壁虎的身體結(jié)構(gòu)進(jìn)行提取簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)出了機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)；接著，我們分析了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡問(wèn)題；選擇了合適的機(jī)器人軀體材料，并設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器的安裝方法。 最后，我們對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了步態(tài)規(guī)劃，并設(shè)計(jì)了控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件控制系統(tǒng)是以PIC16F877A單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了基本的外圍電路和驅(qū)動(dòng)器的加熱控制電路；按照我們要求的運(yùn)動(dòng)方式，編寫(xiě)了控制軟件。我們對(duì)機(jī)器人的地面爬行運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)地面行走