基于 SMA 驱动的机械手结构设计及实验研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

机械手作为一种模拟人手动作的自动化装置，在工业、医疗、服务等领域有着广泛的应用前景。

传统的机械手大多采用电机、液压、气压等驱动方式，存在着体积庞大、结构复杂、控制精度有限等问题。

形状记忆合金(sma)作为一种新型的智能材料，具有驱动位移大、能量密度高、响应速度快、易于小型化等优点，为机械手的驱动方式提供了新的选择。

2. 本选题国内外研究状况综述

近年来，sma驱动技术在机器人领域，尤其是机械手方向的应用研究越来越受到国内外学者的重视。

1. 国内研究现状

国内学者在sma驱动的机械手研究方面取得了一定的进展，主要集中在以下几个方面：1.sma驱动器的设计与优化：哈尔滨工业大学的学者提出了一种基于遗传算法的sma弹簧驱动器优化设计方法，有效提高了驱动器的输出力和响应速度[1]。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本选题研究的主要内容是设计一种基于sma驱动的机械手，并对其进行性能测试和分析。

具体研究内容包括以下几个方面：1.sma驱动器的设计：根据机械手的功能需求，设计sma驱动器的结构参数，并选择合适的sma材料和驱动方式，以满足驱动力的要求。

2.机械手结构设计：根据抓取目标的形状和尺寸，设计机械手的整体结构，包括手指数量、关节布置、传动方式等，以实现对目标的稳定抓取。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，具体步骤如下：1.文献调研：查阅国内外相关文献，了解sma驱动技术、机械手设计和控制方法等方面的研究现状，为本研究提供理论基础和技术参考。

2.sma驱动器设计：根据机械手的功能需求，确定sma驱动器的设计方案，包括sma材料的选择、驱动方式的确定、结构参数的优化等。

3.机械手结构设计：基于solidworks等三维建模软件进行机械手的结构设计，确定机械手的整体结构、关节布置、传动方式等，并进行有限元分析，验证机械手的结构强度和刚度。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于：1.提出一种基于sma驱动的机械手结构设计方案，采用新型sma驱动材料和驱动方式，实现机械手的小型化、轻量化和灵活性。

2.建立sma驱动机械手的运动学和动力学模型，分析sma驱动特性对机械手运动性能的影响，为sma驱动机械手的控制系统设计提供理论依据。

3.开发一种基于智能算法的sma驱动机械手控制方法，提高机械手的控制精度和响应速度，实现对目标的精确抓取和操作。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 黄强, 刘少军, 彭志, 等. 基于柔性铰链的 sma 驱动仿生机器鱼设计与实验[j]. 机械工程学报, 2021, 57(16): 35-44.

[2] 葛文杰, 孙立宁, 荣维彬, 等. 基于形状记忆合金的机器人驱动技术综述[j]. 机器人, 2020, 42(2): 249-262.

[3] 张大钧, 孟健, 姚广辉, 等. 基于 sma 的连续型机器人的研究进展[j]. 力学进展, 2019, 49(1): 102-120.