《基于SMA弹簧紧凑型柔性电机的设计与研制》.pdf

2010 年 4 月 电 工 技 术 学 报 Vol.25 No. 4 第 25 卷第 4 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Apr. 2010 基于SMA 弹簧紧凑型柔性电机的 设计与研制 杨 凯 辜承林 （华中科技大学电气与电子工程学院 武汉 430074 ） 摘要 介绍了一种基于 SMA 弹簧的紧凑型柔性电机结构。三只SMA 弹簧偏心嵌入室温硫化 的双组分硅胶棒中，弹簧与丝除在端部通过两个固定片连接外，其他部分可自由地相对运动。通 过占空比可调的电流脉冲加热SMA 弹簧，控制其收缩变形，可实现电机的柔性空间运行。这一 低功耗、高功率重量比、可直接驱动的紧凑型柔性电机，可望在拟人机械手及其他微小型机器人 系统中得到实用。本文分析了弹性棒在集中与分布载荷作用下的形变理论，对硅胶棒与SMA 弹 簧的关键参数进行了研究并详细推导了二者的设计过程。最后，进行了样机研制的工艺探讨并制 作了样机，对样机进行的实验研究，验证了设计电机的性能。 关键词：紧凑型柔性电机 形状记忆合金弹簧 空间弯曲 拟人机械手 中图分类号：TM34 Research on a Compact and Flexible Actuator Consisting of SMA Springs Yang Kai Gu Chenglin （Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China ） Abstract A new structure of compact flexible actuator based on shape memory alloy (SMA) springs is first presented. Three SMA springs, which are trained to shrink as the phase transition occurs, are embedded off-axially and movably in silicone rubber rod solidified at room temperature. The spatial bending, which is accomplished through heating SMA springs by suitable current, can restore flexibly as soon as stopping heating. Thus, the compact, flexible, mechanical and electrical incorporation actuator is completed. Be provided with the merits such as high load-weight ratio, low energy dissipation and direct driving, the actuators can realize miniature configuration, simple drive and control and flexible movement pose synthetically. After analyzing equilibrium of elastic rod with distributed and concentrated loads, the parameters design process of the