SMA机敏结构交替驱动恒流源及其振动控制

研究了形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)机敏结构的振动主动控制,为克服SMA的热滞效应,提高SMA的动态响应速度,提出一种交替驱动SMA驱动组元的控制方案,设计与开发一种多路宽量程SMA交替驱动恒流源。在简要介绍研究背景与设计思路的基础上,以控制器PIC18F4620单片机和高电压大功率功率放大器OPA549为核心,详细阐述恒流源系统构成与核心部件、系统软硬件设计思路、功能指标和开发过程。通过构建实验模型结构和实验平台,进行了基于交替驱动SMA机敏柔性结构振动主动控制实验。实验结果表明,该驱动恒流源具有稳定恒流控制效果,结合SMA机敏结构交替驱动方案实现结构振动主动控制效果良好,并适用于其他需要多路大电流恒流源的科研场合。

SMA驱动的仿章鱼多关节柔性臂研究及发展分析

仿生柔性臂是从自然界软体动物的运动功能中获得灵感,基于功能仿生和结构仿生原理研制的新型机械臂。采用形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,SMA)丝作为制动器,能有效提高仿生机械臂的柔性,减轻重量,简化结构,研制一种SMA丝驱动的高性能仿生柔性机械臂为水下探测、取样提供一种重要智能装备,研究具有理论意义和实用价值。本项目从章鱼触手的解剖结构中获得灵感,提出研制一种驱动-缠绕-抓取一体化的软体柔性臂机器人。建立好力学模型后,通过记忆合金丝驱动柔性臂。本实验研究不同电压以及占空比的作用下,柔性比的弯曲结果。实验验证了力学模型的成立,实现了柔性臂连续行的矢量弯曲,得到了驱动电压、驱动时间、弯曲角度以及占空比之间的关系。

磁感应发热供能SMA驱动的尿道阀研究

为了解决现有SMA驱动的尿道阀存在供能系统结构复杂、与生物组织相容性和可靠性低等问题,提出了一种利用磁流体在交变磁场中的热效应为SMA弹簧的驱动直接提供热能的新方法,设计了一种磁感应发热供能SMA驱动的尿道阀。建立了尿道阀的电-磁转换、磁-热转换和热-机转换等多场耦合关系数学模型,通过仿真和实验研究了磁场控制参数对尿道阀驱动特性的影响规律,优化了磁流体的材料参数,实验研究了尿道阀的启闭特性。研究结果表明,尿道阀原理可行,植入部分结构简单;增大磁场强度或磁场交变频率均可提高驱动特性,磁流体通过参数优化后发热功率提高了57%;尿道阀启闭特性良好,平均尿流率为13.6 ml/s;所建立的数学模型有效实用,可为尿道阀的结构设计和特性分析提供理论指导。

SMA驱动的膀胱配流阀仿真与实验

针对重度尿失禁患者并发输尿管逆流问题,提出一种形状记忆合金(SMA)驱动的硅胶膜式膀胱配流阀,建立了驱动元件数学模型和配流阀有限元仿真模型,仿真分析并优化设计了配流阀的结构参数,搭建模拟实验平台实验研究了驱动元件温升特性、尿道尿流率特性、输尿管逆流率特性和配流阀交替启闭特性。结果表明,该阀尿液配流原理可行,启闭特性良好,尿流率特性和逆流率特性满足人体膀胱储排尿要求,结构紧凑,模型有效,可为优化设计适用于临床的膀胱配流阀提供指导,也可为其他人工括约肌的设计提供借鉴和参考。