基于双侧形状记忆合金的线性致动器设计、建模与实验验证
机器人学
2025-12-01 v1
摘要
为替代效率受限、体积庞大、设计复杂因内置齿轮链机制以及高生产和摊销成本的传统电磁致动器，工业界对新型致动器开发的需求日益增长。将仿生设计原则融入线性致动器可能催生下一代自适应且高效的智能材料基致动器系统。本研究将双侧结构的优势——在生理区域内产生高力，同时保持形状记忆合金（SMA）的高功率重量比——融合为一种新型仿生SMA基线性致动器。开发了基于多层双侧结构的SMA致动器数学模型并通过实验进行了验证。当前研究还结合了设计失效模式和影响分析，以纠正潜在失效，并对所开发致动器的性能进行了实验评估。该系统与行业开发的步进电机驱动致动器进行了基准测试。结果显示，其产生257牛顿的致动力，输入电压为15伏，符合致动操作的可接受范围。进一步表明，其驱动机构重量降低约67%，组件数量减少80%，成本降低32%，能耗降低19%，且保持与阻挡器和百叶窗等装配件相似的包围盒尺寸，以便于现场部署。该研究引入了基于SMA线圈的致动器作为一种高力-大位移应用的先进设计。仿生SMA基线性致动器的应用领域涵盖建筑自动化控制、轻量化航天机器人和医学假肢等领域。
引用
@article{arxiv.2511.23372,
title = {Design, modelling and experimental validation of bipenniform shape memory alloy-based linear actuator integrable with hydraulic stroke amplification mechanism},
author = {Kanhaiya Lal Chaurasiya and Ruchira Kumar Pradhan and Yashaswi Sinha and Shivam Gupta and Ujjain Kumar Bidila and Digambar Killedar and Kapil Das Sahu and Bishakh Bhattacharya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.23372},
year = {2025}
}