雙程SMA絲驅(qū)動(dòng)的柔性彎曲關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)與測試

呂雨微，蘆吉云，王宜耀

（南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院，南京 211106）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)飛行的核心動(dòng)力來源，高壓壓氣機(jī)、燃燒室以及渦輪在內(nèi)的關(guān)鍵部位使用頻率較高，易發(fā)生故障[1-2]。航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控和故障診斷是實(shí)現(xiàn)視情維修的關(guān)鍵技術(shù)和必要手段。常見的發(fā)動(dòng)機(jī)無損檢測方式包括超聲、射線、滲透、磁粉探測和孔探技術(shù)[3-5]等，其中孔探技術(shù)效果直觀快捷，可延長視距，改變視線方向，對發(fā)動(dòng)機(jī)性能評估和監(jiān)測維修具有深遠(yuǎn)意義。其中可彎曲關(guān)節(jié)作為孔探設(shè)備的主體，可從柔/剛性、自由度、可控彎曲角度、重復(fù)性、響應(yīng)速度以及成本等各指標(biāo)衡量其性能。多個(gè)自由度保證在復(fù)雜擁擠的環(huán)境中擁有較高的避障能力（柔性）[6]，同時(shí)能攜帶一定有效載荷（剛性），如搭載光學(xué)鏡頭精確定位發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)目標(biāo)區(qū)域，這之間存在矛盾。因此協(xié)調(diào)以上矛盾，設(shè)計(jì)一種可控性高、剛?cè)嵯嘁说膹澢P(guān)節(jié)是孔探機(jī)器人設(shè)計(jì)的核心問題。

隨著精密加工技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、微驅(qū)動(dòng)及特殊材料等技術(shù)的進(jìn)步，小型機(jī)器人逐漸由剛性向柔性發(fā)展[7-9]。李揚(yáng)等以SMA絲作為驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)并制作了一種變體機(jī)翼后緣結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)翼后緣結(jié)構(gòu)的角度偏轉(zhuǎn)[10]。Kkciuk 等利用形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA）彈[11]。Tomori 等用組合成立方體形態(tài)的氣動(dòng)人工肌肉提供柔性機(jī)器人驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)，具有良好動(dòng)態(tài)特性[12]。Dong 等研究了一種利用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的由柔性關(guān)節(jié)連接的蛇型機(jī)器人[13]。Dong等建模并驗(yàn)證了一種可應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)維修的雙驅(qū)動(dòng)柔性蛇形機(jī)器人，顯著提高了機(jī)器人的剛度和扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性[14]。……