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An Investigation of the Effects of Thermal Interference between Adjacent Nitinol Spring Actuators in a Tactile Display
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作者 Kudzanai Sekerere Rehema Ndeda Karanja Kabini 《World Journal of Engineering and Technology》 2023年第1期136-152,共17页
Over the years, there has been increased research interest in the application of Nitinol as an actuator, due to its shape memory behaviour, simplicity, high power-to-weight ratio, compactness, and extreme high fatigue... Over the years, there has been increased research interest in the application of Nitinol as an actuator, due to its shape memory behaviour, simplicity, high power-to-weight ratio, compactness, and extreme high fatigue resistance to cyclic motion, and noiseless operation. Nitinol has found application in tactile displays which reproduce tactile parameters such as texture and shape, depending on the application. This paper presents the effects of thermal interference between adjacent Nitinol spring actuators in a tactile display. The tactile display is made of a 3 by 3 pin array whose spatial resolution was varied from 4 mm to 6 mm in steps of 1 mm while a current of 1.5 A was used to actuate 8 of the springs, and the centre spring was left unactivated to observe the thermal effects on it due to the heat gradient formed. A Finite Element (FE) model was developed using COMSOL Multiphysics and the results were further verified through experimentation. In both cases, there was visible thermal interference between actuators. The increase in spatial resolution saw a decrease in thermal interference by 12.7%. Using a fan to introduce forced convection, reduced the thermal interference in the simulation by 20% and during experimentation by 11%. The results of this research indicate a spatial resolution of 6 mm reduced the thermal inference to a negligible rate. However, thermal interference could not be eliminated with these two methods. 展开更多
关键词 Finite Element Analysis (FEA) Shape Memory Alloy (sma) Nitinol (NiTi) Spring actuator Tactile Display Thermal Interference
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立方星SMA直线作动解锁机构的优化设计
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作者 李朋 尹娟妮 +2 位作者 张佼龙 高智刚 黄河 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期510-517,共8页
为实现在空间、功耗严苛约束下立方星太阳板的可靠解锁,研制了一种形状记忆合金(SMA)丝直线作动解锁机构。采用弹簧-SMA结构,依靠弹簧力锁紧,通过SMA丝加热产生回复应力驱动拔销运动实现解锁。建立了机构的数学模型,并通过仿真得到SMA... 为实现在空间、功耗严苛约束下立方星太阳板的可靠解锁,研制了一种形状记忆合金(SMA)丝直线作动解锁机构。采用弹簧-SMA结构,依靠弹簧力锁紧,通过SMA丝加热产生回复应力驱动拔销运动实现解锁。建立了机构的数学模型,并通过仿真得到SMA解锁机构的行程、解锁时间、功率与合金丝直径、工作电压的描述关系。以解锁时间和功率的整体评价最优为目标,采用粒子群优化算法对合金丝的直径和工作电压进行优化设计,得到直径0.5 mm的SMA解锁机构在1.2 V驱动电压下具有最佳工作特性。最后对优化结果开展实验分析,表明作动机构的解锁时间为3.2 s,功率为3.55 W,拔销行程为1.8 mm,与仿真一致。所研制的解锁机构可靠性高,工作特性一致,具有较好的适应性,已通过各项环境实验并成功在轨应用。 展开更多
关键词 立方星 形状记忆合金(sma) 解锁机构 直线作动机构 粒子群优化
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Review:Recent advances in nonlinear control technologies for shape memory alloy actuators 被引量:2
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作者 SREEKUMAR M. SINGAPERUMAL M. +2 位作者 NAGARAJAN T. ZOPPI M. MOLFINO R. 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第5期818-829,共12页
This paper reviews recent developments in nonlinear control technologies for shape memory alloy (SMA) actuators in robotics and their related applications. SMA possesses large hysteresis, low bandwidth, slow response,... This paper reviews recent developments in nonlinear control technologies for shape memory alloy (SMA) actuators in robotics and their related applications. SMA possesses large hysteresis, low bandwidth, slow response, and non-linear behavior, which make them difficult to control. The fast response of the SMA actuator mostly depends upon, (1) type of controller, (2) rate of addition and removal of heat, and (3) shape or form of the actuator. Though linear controllers are more desirable than nonlinear ones, the review of literature shows that the results obtained using nonlinear controllers were far better than the former one. Therefore, more emphasis is made on the nonlinear control technologies taking into account the intelligent controllers. Various forms of SMA actuator along with different heating and cooling methods are presented in this review, followed by the nonlinear control methods and the control problems encountered by the researchers. 展开更多
关键词 形状记忆合金 执行机构 非线性控制技术 研究进展
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Analyzing Laser-Welded NiTi-NiTi-Joints for Actuator Applications Using Design of Experiments 被引量:1
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作者 Dennis Otibar Christian Rathmann +2 位作者 Konstantin Lygin Dieter Kreimeier Peter Szymansky 《Journal of Mechanics Engineering and Automation》 2015年第2期76-81,共6页
关键词 镍钛形状记忆合金 激光焊接 实验设计 程序使用 接头 执行器 应用 机械特性
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直线型内嵌式SMA电机的设计与优化 被引量:9
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作者 杨凯 辜承林 +2 位作者 史铁林 马志云 严新荣 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第7期219-222,共4页
由形状记忆合金构成的结构简单、控制灵活、功率密度大的电机,在轻型机器人及小型化系统中具有独特的技术优势。然而,几乎所有现行结构中,致动元件和偏动元件都是分离的,驱动单元和执行单元也彼此独立,不但机构复杂,就是手指的张合动作... 由形状记忆合金构成的结构简单、控制灵活、功率密度大的电机,在轻型机器人及小型化系统中具有独特的技术优势。然而,几乎所有现行结构中,致动元件和偏动元件都是分离的,驱动单元和执行单元也彼此独立,不但机构复杂,就是手指的张合动作也很不连贯,更无仿生柔顺性可言。因此,该文研制了新型直线型内嵌式记忆合金电机。该电机由内嵌直线回复型记忆合金丝的硅胶棒组成,通过温度循环方式稳定输出力和位移。该文建立了电机的变形理论,结合实验结果,对丝半径、丝的偏心距、丝的预变形量、棒半径进行了优化设计,得出了这一微特电机设计的规律性结论。 展开更多
关键词 直线型内嵌式sma电机 设计 优化 形状记忆合金
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基于内嵌式SMA电机的柔性机械手研制 被引量:16
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作者 杨凯 辜承林 严新荣 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第12期74-79,共6页
该文描述了一种新型柔性机械手的研制。这种新型机械手能够实现拟人抓取中的平滑运动。手指外径10mm,由两个弯曲部分、一个连接部分组成,弯曲部分为偏心嵌有线性SMA驱动器的单元电机;介绍了SMA丝和弹性手指的尺寸规格设计和制作方法;详... 该文描述了一种新型柔性机械手的研制。这种新型机械手能够实现拟人抓取中的平滑运动。手指外径10mm,由两个弯曲部分、一个连接部分组成,弯曲部分为偏心嵌有线性SMA驱动器的单元电机;介绍了SMA丝和弹性手指的尺寸规格设计和制作方法;详细研究了弯曲部分的机械特性并给出了基于电阻反馈的控制系统;最后设计制作了一个三指机械手,抓取实验证明:机械手能较好完成平滑拟人抓取。 展开更多
关键词 内嵌式sma电机 柔性机械手 形状记忆合金 驱动器 弯曲 手指
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仿生水母机器人SMA驱动技术及试验研究 被引量:5
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作者 谭俊哲 闫家政 +2 位作者 王树杰 袁鹏 司先才 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期129-134,共6页
受水母喷射式推进方式的启发,研制了一种以SMA弹簧作为驱动材料的仿生水母机器人。本文首先对SMA弹簧性能做了试验研究,验证了采用SMA弹簧作为仿生水母机器人驱动源的可行性。并在此基础上,提出了一种基于SMA弹簧的直线差动式驱动器,经... 受水母喷射式推进方式的启发,研制了一种以SMA弹簧作为驱动材料的仿生水母机器人。本文首先对SMA弹簧性能做了试验研究,验证了采用SMA弹簧作为仿生水母机器人驱动源的可行性。并在此基础上,提出了一种基于SMA弹簧的直线差动式驱动器,经试验得出了驱动器推杆运动速度与负载的关系。然后对仿生水母机器人游动时动力学进行分析,并使用数值模拟的方法对仿生水母机器人运动阻力进行了计算,得出了在不同工作状态下,仿生水母机器人运动阻力的变化曲线。最后,对仿生水母机器人进行了试验测试,仿生水母机器人达到了预期游速,验证了SMA驱动仿生机器人技术的可行性。 展开更多
关键词 仿生机器人 仿生水母 形状记忆合金 sma驱动器
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SMA驱动的模块化仿人手指设计与研究 被引量:9
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作者 郝丽娜 郭少飞 陈洋 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1137-1141,共5页
采用模块化的欠驱动手指结构设计,形状记忆合金丝作为驱动器,永磁铁装置提供预拉紧和复位功能,使得SMA驱动器的输出力比弹簧预紧提高了6 N以上.通过驱动位移放大滑轮,使SMA驱动器的输出位移增大了2.1倍.最后,通过3D打印技术打印手指模... 采用模块化的欠驱动手指结构设计,形状记忆合金丝作为驱动器,永磁铁装置提供预拉紧和复位功能,使得SMA驱动器的输出力比弹簧预紧提高了6 N以上.通过驱动位移放大滑轮,使SMA驱动器的输出位移增大了2.1倍.最后,通过3D打印技术打印手指模型并组装了单根手指,实现了对日常用品的抓取操作.本研究有效解决了SMA驱动器驱动位移小、预拉伸和输出力相矛盾的问题,为形状记忆合金材料作为仿生驱动装置的应用提供了设计思路. 展开更多
关键词 sma驱动器 预拉伸 永磁铁 位移放大 欠驱动
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柔性薄膜复合形状记忆合金弹簧驱动器
9
作者 钱国明 朱孔军 +4 位作者 李亚辉 严康 王婧 刘劲松 黄卫清 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期239-245,406,共8页
针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb_(0.8)Ba_(0.2)ZrO_(3),简称PBZ)纳米陶瓷纤维制... 针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb_(0.8)Ba_(0.2)ZrO_(3),简称PBZ)纳米陶瓷纤维制备柔性薄膜,并与NiTi合金弹簧复合制得PBZ/PVDF@SMA复合驱动器,通过薄膜的电卡效应加热及冷却SMA丝,与传统电流加热及自然冷却方式进行了对比。结果表明,缩短了SMA丝循环周期,提高了其响应频率,有利于扩大SMA的适用场所。 展开更多
关键词 形状记忆合金 聚偏氟乙烯薄膜 锆酸铅钡纳米纤维 复合驱动器 电卡效应 缩短周期
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SMA丝缠绕角对扭力驱动器驱动性能影响的试验研究 被引量:9
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作者 熊克 沈文罡 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第12期123-128,共6页
在智能结构的驱动系统研究中,形状记忆合金(SMA)以其独特的力学性能倍受关注。将含有预拉伸变形的SMA丝与薄壁圆管复合,能够构成具有扭转变形输出或转矩输出功能的驱动器,为飞行器翼面操纵系统等提供新的设计思路。在SMA扭力驱动器中,SM... 在智能结构的驱动系统研究中,形状记忆合金(SMA)以其独特的力学性能倍受关注。将含有预拉伸变形的SMA丝与薄壁圆管复合,能够构成具有扭转变形输出或转矩输出功能的驱动器,为飞行器翼面操纵系统等提供新的设计思路。在SMA扭力驱动器中,SMA丝的缠绕角是影响驱动器驱动能力的一个重要参数。针对缠绕角分别为40°、45°、55°、60°和75°的一组驱动器,采用试验手段,获得了自由状态、完全约束状态和弹性约束等三种状态下,上述驱动器的温度—缠绕角—扭转角(或转矩)等多组关系曲线,得到了当缠绕角为60°时,驱动器有最大扭转角和最大转矩的试验结果。研究结果对深入探索SMA扭力驱动器的力学模型和驱动器结构参数的优化具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 sma扭力驱动器 sma丝缠绕角 驱动能力 试验研究 形状记忆合金 飞行器 自适应结构
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新型SMA驱动器设计与控制 被引量:4
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作者 杨凯 辜承林 +1 位作者 史铁林 马志云 《机械设计与研究》 CSCD 2004年第2期26-28,共3页
介绍了一种新型SMA驱动器。该驱动器实际上是偏心内嵌有单程SMA丝的弹性硅胶棒。它集成了驱动单元和执行单元的功能 ,特别适于作为小型和微型机器人系统中的致动元件。以弹性棒变形理论为基础 ,研究了驱动器的机械和力学特性。最后 。
关键词 形状记忆合金 驱动器 设计 弹性棒 变结构控制 电阻反馈
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仿生“蚯蚓”机器人的SMA执行器实现 被引量:12
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作者 刘伟庭 方向生 陈裕泉 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期623-626,共4页
虽然从生物学角度来说,蚯蚓的波浪式运动机制已经相当清楚,但在小尺寸下人工蚯蚓的实现仍然是极具挑战性的工作。采用记忆合金材料(SMA),设计实现了用于仿生蚯蚓机器人的执行器,并通过该执行器的动作循环模仿,实现了蚯蚓的波浪式运动。... 虽然从生物学角度来说,蚯蚓的波浪式运动机制已经相当清楚,但在小尺寸下人工蚯蚓的实现仍然是极具挑战性的工作。采用记忆合金材料(SMA),设计实现了用于仿生蚯蚓机器人的执行器,并通过该执行器的动作循环模仿,实现了蚯蚓的波浪式运动。实现的人工蚯蚓共有四单元,每一单元都有可独立驱动的执行器。执行器由一根或三根SMA弹簧构成,其波动式运动的最高频率为0.6 Hz。每一单元人工蚯蚓,都被覆特定形状的软硅胶皮,该硅胶皮提供了SMA执行器的对抗力,同时也是安装微型腿的平台,从而进一步提高了人工蚯蚓的运动效率。初步的测试显示该执行器工作有效,人工蚯蚓的运动速度可达2.5mm/s,与真实的蚯蚓运动速度相近。 展开更多
关键词 仿生机器人 sma执行器 波动式运动
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新型内嵌式SMA电机的非线性模型 被引量:7
13
作者 杨凯 辜承林 严新荣 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第13期109-112,共4页
新型内嵌式形状记忆合金电机具有结构简单、控制灵活、功率密度大等优点,在轻型机器人及小型化系统中具有独特的技术优势。然而,因为形状记忆效应的本质特性,内嵌式SMA电机为非线性装置,其动态过程中的严重迟滞效应给精确建模带来困难... 新型内嵌式形状记忆合金电机具有结构简单、控制灵活、功率密度大等优点,在轻型机器人及小型化系统中具有独特的技术优势。然而,因为形状记忆效应的本质特性,内嵌式SMA电机为非线性装置,其动态过程中的严重迟滞效应给精确建模带来困难。因此,该文构建了能够描述次级迟滞环的数学模型,奠定仿真与控制基础。该模型通过两个指数方程分别计算加热和冷却条件下SMA的马氏体份数,进而通过连续、共初始与共极限约束实时调整马氏体份数系数,研究电机的迟滞现象。PI控制的阶跃响应实验与仿真结果验证了模型的有效性和准确性。 展开更多
关键词 内嵌式形状记忆合金电机 马氏体份数 次级迟滞环
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SMA驱动的仿生机器人研究现状及其展望 被引量:9
14
作者 杭观荣 曹国辉 +1 位作者 王振龙 赵万生 《微特电机》 北大核心 2006年第11期4-8,共5页
论述SMA动作机理及其驱动方式,包括分段二进制控制方法和燃料驱动的SMA致动器。然后对近年来典型的、采用SMA驱动的仿生机器人进行了综述。合理利用SMA的优点,SMA必定能在仿生机器人方面获得更多更好的应用。
关键词 仿生机器人 形状记忆合金 分段二进制控制方法 燃料驱动的sma致动器
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基于SMA智能复合棒的新型驱动器研究 被引量:5
15
作者 杨凯 辜承林 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期78-80,共3页
提出了一种新型的基于偏心内嵌SMA丝复合弹性棒的驱动器结构 ,推导了复合弹性棒的三维变形描述方程式 .应用SMA丝和弹性棒的界面连续性原理 ,求解棒和丝的平衡方程式 ,得到了两者的合力和合力矩 .将三维方程应用于SMA丝平行轴线嵌入圆... 提出了一种新型的基于偏心内嵌SMA丝复合弹性棒的驱动器结构 ,推导了复合弹性棒的三维变形描述方程式 .应用SMA丝和弹性棒的界面连续性原理 ,求解棒和丝的平衡方程式 ,得到了两者的合力和合力矩 .将三维方程应用于SMA丝平行轴线嵌入圆直棒的特定情形 ,得到二维的简化式 ,设计和制作了基于新型驱动器的多指机械手 .实验结果进一步验证了弹性棒变形理论 . 展开更多
关键词 形状记忆合金 驱动器 弯曲 机械手
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基于单片机的ESMAA伺服控制系统 被引量:1
16
作者 杨凯 辜承林 +1 位作者 史铁林 马志云 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期16-18,共3页
介绍了一种新型SMA驱动器 .该驱动器实际上是偏心内嵌有单程SMA丝的弹性硅胶棒 .它集成了驱动单元和执行单元的功能 ,特别适于作为小型和微型机器人系统中的致动元件 .研制了基于 80C196KC单片机的弯曲型ESMAA柔性伺服控制系统 ,实现了... 介绍了一种新型SMA驱动器 .该驱动器实际上是偏心内嵌有单程SMA丝的弹性硅胶棒 .它集成了驱动单元和执行单元的功能 ,特别适于作为小型和微型机器人系统中的致动元件 .研制了基于 80C196KC单片机的弯曲型ESMAA柔性伺服控制系统 ,实现了基于SMA电阻反馈的PI+ 控制策略探讨和实验研究 . 展开更多
关键词 记忆合金 弹性棒 驱动器 控制
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偏动式双程SMA驱动器工作机理与能量转换研究 被引量:3
17
作者 李明东 储金获 +2 位作者 奚汉达 马培荪 郝颖明 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2000年第4期23-26,共4页
研究了偏动式双程SMA驱动器的工作机理 ,建立了驱动器输出力、输出位移、负载与驱动元件弹性刚度和预变形之间的变量关系。基于热力学基本定律 ,给出了双程SMA驱动器工作过程中能量的周期性流动、转移和转化模型 ,指出双程SMA驱动器双... 研究了偏动式双程SMA驱动器的工作机理 ,建立了驱动器输出力、输出位移、负载与驱动元件弹性刚度和预变形之间的变量关系。基于热力学基本定律 ,给出了双程SMA驱动器工作过程中能量的周期性流动、转移和转化模型 ,指出双程SMA驱动器双程做功的能量都来源于SMA元件的相变弹性势能 ,能量的一部分用于来程做功 ,一部分在来程转移给偏置元件 ,用于回程时做工 ,还有一部分被释放掉。 展开更多
关键词 形状记忆合金驱动器 能量转换 工作机理
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一种基于SMA的摆动式驱动器驱动原理及实验 被引量:7
18
作者 王宏 姚熊亮 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第10期41-43,46,共4页
在分析了形状记忆合金(SMA)弹簧电热驱动原理的基础上,对一种差动式关节型SMA驱动器进行了实验研究。实验结果表明:驱动电流和冷却条件对驱动器的摆动周期有很大的影响,增大电流会显著提高SMA驱动器的动作频率,但电流过大,易使SMA失去... 在分析了形状记忆合金(SMA)弹簧电热驱动原理的基础上,对一种差动式关节型SMA驱动器进行了实验研究。实验结果表明:驱动电流和冷却条件对驱动器的摆动周期有很大的影响,增大电流会显著提高SMA驱动器的动作频率,但电流过大,易使SMA失去形状记忆功能,所以,电流应控制在一定的范围之内。驱动器的动作频率还受到冷却速度的制约,加快冷却速度也会提高驱动器的动作频率。 展开更多
关键词 形状记忆合金 驱动器 电热驱动
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基于SMA的关节驱动器的力学分析及控制 被引量:3
19
作者 王宏 姚熊亮 戴绍仕 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第2期28-30,共3页
分析了一种用于水下微小型仿生机器人的形状记忆合金(SMA)关节驱动器的力学特性,并通过模糊控制的方法对其进行了实验研究。结果表明:对于物理特性呈非线性、温度滞后、时变和受温度影响很大的SMA驱动器来说,采用模糊控制的方法,能够使... 分析了一种用于水下微小型仿生机器人的形状记忆合金(SMA)关节驱动器的力学特性,并通过模糊控制的方法对其进行了实验研究。结果表明:对于物理特性呈非线性、温度滞后、时变和受温度影响很大的SMA驱动器来说,采用模糊控制的方法,能够使驱动器稳定、平滑的工作,尽管产生了轻微的超调现象,但收到了令人较为满意的效果。因此,将模糊控制方法应用于SMA驱动器的控制有一定的理论意义和应用价值。 展开更多
关键词 形状记忆合金(sma) 驱动器 模糊控制
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不同黏结条件下SMA驱动混凝土柱轴压试验研究 被引量:2
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作者 余志刚 韩西 +1 位作者 钟厉 阴可 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期711-715,共5页
对相同混凝土配合比的5组混凝土柱(1组全黏结SMA(形状记忆合金)驱动混凝土柱,1组半黏结SMA驱动混凝土柱,1组无黏结SMA驱动混凝土柱,1组全黏结SMA未驱动混凝土柱,1组素混凝土柱)进行了轴压试验研究,比较分析了5组混凝土柱的纵向应变、横... 对相同混凝土配合比的5组混凝土柱(1组全黏结SMA(形状记忆合金)驱动混凝土柱,1组半黏结SMA驱动混凝土柱,1组无黏结SMA驱动混凝土柱,1组全黏结SMA未驱动混凝土柱,1组素混凝土柱)进行了轴压试验研究,比较分析了5组混凝土柱的纵向应变、横向应变、极限荷载、裂现荷载等轴压性能.结果表明:SMA混凝土柱抗裂性能大小顺序为:半黏结SMA驱动混凝土柱>全黏结SMA驱动混凝土柱>无黏结SMA驱动混凝土柱>全黏结SMA未驱动混凝土柱;SMA混凝土柱的极限荷载大致相等,并且都比素混凝土柱大;SMA螺旋箍筋与混凝土半黏结将有利于SMA螺旋箍筋对混凝土柱施加预应力;可利用SMA螺旋箍筋对混凝土柱施加较大的预应力,实现对混凝土柱的变形控制. 展开更多
关键词 驱动 混凝土柱 形状记忆合金 黏结条件 轴压试验 预应力
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