基于柔顺机构SMA扭转驱动器设计及实验研究

摘要

在光学工程、精密机械、医学操作以及微型操作器中可以发现位置控制器的存在。传统的位置控制器使用电机驱动的滚珠轴承与来自编码器的反馈以实现对直线或旋转运动的控制。尽管他们的技术发展的非常的好，但是由许多运动部件组成，并且相互之间有磨损和冲击力。为了增加位置控制器的精度和结构紧凑性，各种各样的驱动器技术已经被提出来，特别是微尺寸领域。在他们当中，有磁性的、静电的以及热能的驱动器已经被应用。其中一种方法是利用形状记忆合金丝，它具有大的形变量，高能量密度，以及低的驱动电压等特点。形状记忆合金丝所展现出来的现状记忆效应可以分为两类。尽管具有双向效应的SMA能够提供收缩力和张力，但是它提供的张力比它产生的收缩力要小的多，并且可恢复的应变通常比单向记忆效应合金丝的一半还要少，因此单向记忆效应的合金丝，特别是裸露的记忆合金丝在航空航天和机器人应用上更有吸引力。
　　 本文在介绍形状记忆合金材料的力学特性和柔顺机构的优缺点及设计方法的基础上，选择具有单向记忆效应的NiTi形状记忆合金材料做为驱动元件，选择柔顺机构作为驱动器的驱动机构，设计了基于柔顺机构的SMA扭转驱动器，并对驱动器进行了建模、仿真和分析，最后通过实验，验证了驱动器具有轻质、双向驱动、较大输出扭力与较大输出角度等驱动性能。得到了所设计驱动器的驱动性能数据。最后给出本文研究工作的主要结论和创新点，并提出了后续研究工作，主要是改进结构设计，进一步减小驱动器质量和体积，实现轻质紧凑、大扭力、大输出角度、高精度的SMA扭转驱动器。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第2章 扭转驱动器结构设计

第3章 驱动器建模与仿真分析

第4章 驱动器样机模型制作及实验研究

第5章 结论与展望

参考文献

致 谢