仿医蛭微机器人中SMA的布局及与偏置弹簧匹配的研究

为使仿医蛭管内微机器人在管内爬行时不产生振动 ,在研究其致动机理和振动特性的基础上 ,提出了该机器人弹性足中SMA的最佳布局方式及收缩部件中SMA与偏置弹簧倔强系数之间的最佳匹配关系 。

偏置弹簧对SMA驱动器输出性能影响规律

偏置弹簧参数对形状记忆合金(SMA,Shape Memory Alloy)驱动器的输出性能有着非常大的影响.为获得其影响规律,通过试验研究了不同偏置弹簧刚度以及不同弹簧预压缩载荷下,SMA驱动器的作动位移、响应速度的变化规律以及循环次数对驱动器性能的影响规律.试验结果表明,驱动器最大作动位移及响应速度随弹簧刚度或预载的增大而降低;驱动器性能在前几次循环中衰减较大,随着循环进行性能逐渐趋于稳定;弹簧预载的增大使驱动器性能稳定所需的循环次数减少,而弹簧刚度对驱动器输出性能的循环变化规律影响不大.

一系螺旋弹簧偏置的转臂定位方式的刚度研究

一系悬挂主要提供一系横向、垂向及纵向刚度。文章分析了转臂定位方式采用一系螺旋弹簧偏置的转向架一系结构特征,并建立了一系横向、垂向和纵向动力学模型。同时根据受力关系、几何关系以及能量守恒定律推导了一系横向、垂向和纵向总刚度的计算公式,并试验验证了各向刚度计算结果的准确性。结果表明:一系横向、垂向和纵向总刚度的计算结果满足设计要求,一系垂向和纵向总刚度的试验结果与计算结果相吻合。

TiNi形状记忆合金弹性耦合系统的驱动特性

采用将预应变TiNi合金与不同刚度系数k的偏置弹簧相串联的方法,对TiNi合金弹性耦合系统的驱动特性进行了研究。结果表明,随k值的增加,TiNi样品达到逆相变结束时的输出应变、应力温度范围逐渐变大,最大回复力逐渐增大,但驱动行程减小;样品的应力与应变之间呈线性关系,二者的比值取决于k;预应变量较大的样品,其回复应力随温度的变化率较大。通过配置偏置弹簧的刚度系数,可以控制样品输出的最大应力和最小应变,有效防止耦合系统过载。

形状记忆合金热机驱动性能的研究

形状记忆合金(SMA)热机主要包括3部分:热循环系统、曲柄滑块机构和主轴。基于Brinson一维本构模型得到SMA弹簧理论模型,并结合弹簧受力变形分析设计了SMA弹簧和偏置弹簧。通过MATLAB仿真得到SMA弹簧温度—位移、温度—驱动力变化曲线,最终通过实验验证驱动器的驱动特性。

基于改进相变方程的形状记忆合金弹性耦合系统特性分析

为准确描述形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)弹性耦合系统的驱动特性,考虑模型复杂程度与工程实际需求,提出了一种基于Brinson本构方程和SMA相变原理的改进相变模型。针对Brinson相变模型SMA马氏体正相变过程中马氏体分数不连续的问题,将孪晶马氏体相转化为孪晶马氏体相和非孪晶马氏体相相混合相终点时各晶体体积分数,作为马氏体正相变终点时的晶体体积分数,视马氏体正相变为一个连续的过程,对原Brinson相变模型中马氏体正相变方程进行修正。以偏置式SMA丝驱动器为研究对象,建立了SMA弹性耦合系统模型,采用改进的Brinson相变模型分别对具有不同偏置弹簧的系统进行仿真分析,并与相应试验结果比较。结果表明,改进相变模型的计算结果与试验吻合较好,且在相变过程中马氏体相和奥氏体相体积分数和为1,符合实际情况。分析发现,对于SMA弹性耦合系统,偏置弹簧的刚度越大,驱动器响应速度越慢,相变温度区间和完全马氏体逆相变所需的加热电流越大,驱动应变先增加后减小。研究结果可更准确地描述SMA驱动器的作动过程,为偏置式SMA丝驱动器的设计提供参考。