基于SMA驅(qū)動(dòng)的負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)控制

基于SMA驅(qū)動(dòng)的負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)控制基于SMA驅(qū)動(dòng)的負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)控制摘要：負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)是一種非常有應(yīng)用潛力的機(jī)構(gòu)，可以通過負(fù)壓吸附實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的抓取和釋放。本論文提出了基于形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)的負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)控制方法。首先介紹了負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的工作原理和特點(diǎn)，然后詳細(xì)介紹了SMA的特性和驅(qū)動(dòng)方式，接著提出了一種基于SMA的負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)控制方法。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性，表明SMA驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的精確控制。關(guān)鍵詞：負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)；形狀記憶合金；SMA驅(qū)動(dòng)；控制方法；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1.引言負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)是一種可以通過負(fù)壓吸附實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的抓取和釋放的機(jī)構(gòu)。與傳統(tǒng)的機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)相比，負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需額外氣源等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)和機(jī)器人領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的精確控制，需要一種高效且可靠的驅(qū)動(dòng)方式。本論文提出了一種基于形狀記憶合金（SMA）的驅(qū)動(dòng)方式，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方式的有效性。2.負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的工作原理負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)利用負(fù)壓力將物體抓取在機(jī)構(gòu)表面上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的抓取和釋放。當(dāng)施加負(fù)壓力時(shí)，機(jī)構(gòu)表面與物體表面之間會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)域，從而導(dǎo)致物體與機(jī)構(gòu)表面之間的真空吸附。當(dāng)需要釋放物體時(shí)，只需停止施加負(fù)壓力即可。負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)不同形狀和尺寸的物體，并且具有較強(qiáng)的抓取力和保持力。3.形狀記憶合金的特性形狀記憶合金是一種能夠在外界溫度或其他激勵(lì)下發(fā)生形狀變化的智能材料。SMA是最常用的形狀記憶合金之一，其具有以下特性：（1）形狀記憶效應(yīng)：在一定的溫度范圍內(nèi)，SMA可以記憶并保持其特定的形狀；（2）超彈性：SMA具有較高的彈性變形能力，可以在外力作用下發(fā)生較大的彈性變形；（3）馬氏體相變：SMA在溫度變化或應(yīng)力狀態(tài)改變時(shí)會(huì)發(fā)生馬氏體相變，從而產(chǎn)生形狀變化。4.基于SMA的負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)控制方法為了實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的精確控制，本論文提出了一種基于SMA的驅(qū)動(dòng)方式。具體步驟如下：（1）設(shè)計(jì)并制作SMA彎曲驅(qū)動(dòng)器：根據(jù)負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的形狀和尺寸要求，設(shè)計(jì)并制作具有合適形狀的SMA彎曲驅(qū)動(dòng)器；（2）確定驅(qū)動(dòng)參數(shù)：通過對(duì)SMA材料的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，確定SMA彎曲驅(qū)動(dòng)器的工作溫度范圍、施加力和變形量等參數(shù)；（3）控制算法設(shè)計(jì)：根據(jù)負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的抓取和釋放過程，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制算法，包括對(duì)SMA驅(qū)動(dòng)器的溫度控制和施加力控制；（4）驅(qū)動(dòng)器安裝與控制：將SMA彎曲驅(qū)動(dòng)器安裝在負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)上，并連接控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和控制。5.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證基于SMA驅(qū)動(dòng)的負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)控制方法的有效性，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過對(duì)SMA驅(qū)動(dòng)器的溫度和施加力的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的精確控制，包括對(duì)物體的抓取和釋放。實(shí)驗(yàn)還表明，SMA驅(qū)動(dòng)方式具有響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。6.結(jié)論本論文提出了一種基于形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)的負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)控制方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SMA驅(qū)動(dòng)方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)的精確控制，具有響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步探索SMA驅(qū)動(dòng)在負(fù)壓吸附機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用，并改進(jìn)控制算法，提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)：[1]WuQZ,LvJB,WuML,etal.Modelingandcontrolofanovelunder-actuatedgripperwithultra-lightweightdesign[J].RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing,2019,58:70-81.[2]SongS,SongS,JungS.ALight-weightfingertipmodulewithembeddingactuatorandsurfaceadhesionusingnegativepressurefordexterousmanipulation[J].RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing,2018,49:181-192.[3]ShanmugamK,SrinivasS,RamanaiahG,etal.Designanddevelopmentofbio-inspiredadaptiveroboticgripper[J].RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing,2014,30(5):541-553.[4]WangSB,YangTL,ZhuH,etal.Developmentofamicrospoiler-basedsuctiondevicewithlargene