第
43
卷第
11
期
2009
年
11
月
上海交通大学学报
JOURNAL
OF
SHANGHAI
JIAOTONG UNIVERSITY
文章编号
:1006-2467(2009)11-1698-05
Vo
l.
43
No.11
Nov.
2009
形状记忆合金驱动仿生吸盘的设计、建模与实验
胡冰山
王立文
2
付庄
赵言正
l
O.
上海交通大学机器人研究所，上海
200240;
2.
中国民航大学地面特种设备研究基地，天津
300300)
摘
要:为了克服现有*-壁机器人负压吸附装直不易微小型化的缺点，在归纳生物负压吸附器官
结构特点的基础上，采用新型功能材料形状记忆合金
(SMA)
作为驱动器设计了一种仿生吸盘.基
于
SMA
材料本构关系、弹性板变形理论和理想气体状态方程，建立了该吸盘的负压产生模型，并
用
Matlab/Simulink
对负压产生过程进行了仿真分析.结果表明，在
SMA
驱动电流为
4.
75
A
时，
吸盘内的稳态负压可达l4
kPa
，并且该吸盘体积小、无噪声，可作为微型爬壁机器人吸附装直.
关键词:形状记忆合会;仿生;吸盘;爬壁机器人
中图分类号:
TP
24
文献标志码
:A
Design
,
Modeling
and
Experiments
of
a Bio-inspired
Suction
CUp
Actuated
by
Shape
Memory
Alloy
HU
Bing-shan
I
,
WANG
Li-wen
2
,
FU
Zhuang
I
,
ZHAO
Yan-zheng
I
O.
Research
Institute
of
Robotics
,
Shanghai
Jiaotong
University
,
Shanghai
200240 ,
China;
2.
Aviation
Special
Ground
Equipment
Research
Base, Civil
Aviation
University
of
China
,
Tianjin
300300 ,
China)
Abstract:
Negative
pressure
suction
mechanisms
of
wall
climbing
robots
are
not
easy
to
miniaturize.
To
ov
巳
rcome
the
shortcoming
, a kind
of
bio-inspired
suction
cup
actuated
by
SMA
was
designed
based
on
summarizing
characteristics
of
biologic
suction
apparatuses.
Considering
SMA'
s
constitutive
mode
l,
elastic
plate'
s
deflection
and
ideal
gas
law, a
negative
pressure
generating
model
of
the
suction
cup
was
built
,
and
the
model
was
realized
on
Matlab/Simulink
platform.
At
last
,
experiments
were
done
to
validat
巳
the
mod-
el ,
and
the
results
indicate
that
the
stable
negative
pressure
in
the
suction
cup
,
which
has
little
volume
and
noise,
can
achieve 14
kPa
when
the
actuating
current
of
SMA
spring
is 4.
75A
,
and
the
suction
cup
can
be
used
as
a
suction
mechanism
for a
miniature
wall
climbing
robot.
Key
words:
shape
memory
alloy
(SMA);
bio-inspired;
suction
cup;
wall
climbing
robot
爬壁机器人的关键技术之一是实现爬壁机器人
本体与壁面的可靠吸附.传统的负斥吸附方式多采
用真空泵提供负压，这种方式噪声大，不利于微小型
化.为了克服上述缺点，文献[1
J
中设计了一种利用
收稿日期
:2008-12-16
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(60675052)
电机振动使吸盘持续变形，以得到稳定负压的振动
式吸盘.在自然界中，许多生物能耗费极小的能量自
如地吸附或脱离被吸附面，相对于上述用电动机使
吸盘变形产生负压的方法，生物吸附机构显然更为
作者简介:胡冰山(1
982
寸，男，湖北当阳人，博士生，研究方向为微小型机器人.
赵言正(联系人)
，男，教授，博士生导师，电话
(Te
l.
):
021-34206308
占
:-mail:
yzh-zhao@sjtu.edu.cn.
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