一种基于SMA弹簧的软体机械手
阅读：1033发布：2020-12-05
专利汇可以提供一种基于SMA弹簧的软体机械手专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于SMA 弹簧 的软体机械手，包括平台，所述平台的下方设有多个机械手 手指 ，机械手手指包括 硅 胶 外壳 ，所述硅胶外壳内设置有软软 传感器 和两条SMA弹簧，两条SMA弹簧由上至下呈设定 角 度设置在硅胶外壳中，所述SMA弹簧的顶端设置有引线，通过引线连接有控制 电路 ，通过控制电路来控制SMA弹簧的伸缩状态，从而实现机械手手指的工作；所述控制电路包括具有多个模拟量输入端口的 单片机 、PWM 电子 开关 控制板以及压控 电流 源，所述STM32单片机用于实现PWM控制恒流源电路，并输出特定 频率 、特定占空比的PWM 波形 ，所述PWM电子开关控制板用于将PWM 信号 转换为 电压 量，所述压控电流源利用电压的变化来控制电流的变化。通过本发明可以实现软体机械手的抓取控制。，下面是一种基于SMA弹簧的软体机械手专利的具体信息内容。
1.一种基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，包括平台，所述平台的下方设有多个机械手手指，所述机械手手指包括硅胶外壳，所述硅胶外壳内设置有软体压力传感器和两条SMA弹簧，所述两条SMA弹簧由上至下呈设定角度设置在硅胶外壳中，所述SMA弹簧的顶端设置有引线，通过引线连接有控制电路，通过控制电路来控制SMA弹簧的伸缩状态，从而实现机械手手指的工作；所述控制电路包括具有多个模拟量输入端口的单片机、PWM电子开关控制板以及压控电流源，所述STM32单片机用于实现PWM控制恒流源电路，并输出特定频率、特定占空比的PWM波形，所述PWM电子开关控制板用于将PWM信号转换为电压量，所述压控电流源利用电压的变化来控制电流的变化。
2.根据权利要求1所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述平台和机械手手指模具通过3D打印制得。
3.根据权利要求2所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述硅胶外壳通过下述方式制得：
将液态硅胶和液态固化剂按照质量1:1的比例混合，进行均匀搅拌，将得到的均匀搅拌后的液体倒入3D打印得到的模具中，等待3-4小时，实现固化。
4.根据权利要求1所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述SMA弹簧的性能指标为：
导线直径：200μm；
内部弹簧直径：1mm；
刚度范围：0.10～0.24n/mm。
5.根据权利要求1所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述平台的顶部设置有多个固定孔，通过固定孔与机械臂连接。
6.根据权利要求1所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述具有多个模拟量输入端口的单片机为STM32单片机。
7.根据权利要求1所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述PWM电子开关控制板采用二阶RC低通无源滤波电路，由于无源滤波电路的负载能力差，信号经过二阶无源滤波电路后衰减比较厉害，故在二阶RC低通无源滤波电路后加上一级功率放大电路。
8.根据权利要求1所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述PWM电子开关控制板采用MOS管开关电路，所述MOS管开关电路包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，以及电阻R1、R2、R3、R4、R5；Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱，用来实现隔离，同时确保Q3和Q4不会同时导通；R2和R3提供了PWM电压基准，通过改变这个基准，可让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置；Q3和Q4用来提供驱动电流，由于导通的时候，Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降；R5和R6是反馈电阻，用于对gate电压进行采样，采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈，从而把gate电压限制在一个有限的数值；R1用于提供对Q3和Q4的基极电流限制；R4用于提供对MOS管的gate电流限制，即Q3和Q4的Ice的限制。
9.根据权利要求1所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述压控电流源包括运算放大器、大功率场效应管Q1、电阻R1、采样电阻R2和负载电阻RL，所述运算放大器的输出端通过电阻R1与大功率场效应管Q1的源极连接，所述大功率场效应管Q1的漏极通过负载电阻RL与电源Vcc连接，所述大功率场效应管Q1的栅极通过采样电阻R2接地；所述运算放大器的反向输入端连接至大功率场效应管Q1的栅极和采用电阻R2之间。
10.根据权利要求1所述基于SMA弹簧的软体机械手，其特征在于，所述通过控制电路来控制SMA弹簧的伸缩状态，从而实现机械手手指的工作具体通下述方式实现：
由所需的理想的弯曲角度以及所需的抓取力，根据A,B,C,D的映射关系，计算得到一个阈值电压，利用采样电压与阈值电压不断的比较，在比较的过程改变单片机输出的多路PWM的占空比，采样电压与阈值电压相匹配时，就得到所需的弯曲角度以及抓取的力度；
所述A,B,C,D的映射关系如下：
A：
B:
C:
D:
一种基于SMA弹簧的软体机械手
技术领域
[0001] 本发明属于机械手的技术领域，具体涉及一种基于SMA弹簧的软体机械手。
背景技术
[0002] 传统机器人大多由限制了弹性变形能力的刚性材料制成，其形状适应特定的外部约束与障碍，具有高度精确性的特点。对这些刚性机器人的运用倾向于专业化与精确化，它们很难表现出高度可变形能力与对不同情况的适应性。随着机器人运用领域继续扩大，医疗保健、复杂地形勘探等特殊领域对机器人提出了更加严苛的要求，能够适应非结构化环境的特殊机器人成为科学界研究的热点方向。研究者们通过模仿自然界中的软体动物，研制出了软体机器人。软体机器人较少甚至完全不使用传统刚性材料，而是采用流体、凝胶、形状记忆聚合物等可成型材料。这种材料表现出与软体生物一般的弹性和可变形性质，可以承受大应变，允许机器人在各种不同环境下进行大幅度地拉伸收缩。通过对机器人机体的主动变形，改变其原有的形态结构和尺寸，以适应多变的环境进行特定操作。此外，软体机器人大多采用流体驱动、物理驱动、内燃爆破驱动等驱动方式。软体机器人的发展经历了由部分软体到全软体、由有拖缆到无拖缆的转变。其在工业易碎物品抓取、狭窄空间探测及野外勘探、抗险救灾、医疗辅助等领域均有着广泛的使用价值，但在材料、加工、自主控制等方面，软体机器人技术仍然存在一定缺陷并面临着挑战。软体机械手，是采用软质材料制造的机械手。与传统的机械手或抓具相比，它操作细小或易碎物体的能力更强。软体机械手的设计灵感来自于软体动物，其覆盖住物体后，用附体抓取并挤压时如同章鱼伸出的触须，能够卷绕(或被卷绕)对象的不同部分，施加压力。
[0003] 形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，简称SMA)是一种具有形状记忆效应，能感知温度和位移，并能将热能转换成机械能的新型功能材料。形状记忆合金材料本质上是一种晶体结构，在受到外部温度变化时，引起热弹性马氏体相变，晶体结构由一种结构向另一种晶体结构转变。高温时，晶体结构为奥氏体相(A)，低温时为马氏体相(M)。随着温度变化，两种晶体结构会相互转变，SMA材料的物理参数会发生相应变化，弹性模量、机械性能、电阻率都会随之改变。在初始状态下(低温或室温)，给定SMA元件一个初始形变，当温度加热到As(马氏体逆相变点)时，SMA开始相变直到高温相奥氏体状态，输出形变量；当温度降低到Ms(马氏体相变)点，SMA开始逆相变直到低温相马氏体状态，SMA重新恢复到初始状态，输出位移量。简言之，形状记忆效应就是SMA材料在不同温度下，因为内部晶体结构的变化，导致其具有不同的物理性质，宏观上表现为它具有不同状态的形变量。图中Ms、As分别为马氏体相变、马氏体逆相变开始的温度，Mf、Af分别为马氏体相变、马氏体逆相变完成的温度。其中，SMA由母相向马氏体相转变的过程，是马氏体正相变；马氏体相逆相向母相转变的过程，是马氏体逆相变。形状记忆效应根据其记忆情况，SMA元件在低温时是否能自动回复到马氏体状态，可将其记忆效应分为单程形状记忆效应和双程形状记忆效应两种。如果SMA发生马氏体逆向变之后，随着温度的不断冷却到达Ms时，不能自动回复到M相(马氏体)状态，即只能记忆A相(奥氏体)状态，则记为单程形状记忆效应。若能不借助外力，随着温度的降低，能自动回复到M相(马氏体)状态的，即能同时记忆A相、M相两种状态，则记为双程形状记忆效应。双程记忆效应的效益高，适合于往复动作的机构，但是其制作工艺困难、复杂，使用寿命短，所以反而是具有单程形状记忆效应的SMA元件在实际应用中更普遍。
发明内容
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明人提供的一种基于SMA弹簧的软体机械手，包括平台，所述平台的下方设有多个机械手手指，所述机械手手指包括硅胶外壳，所述硅胶外壳内设置有软体压力传感器和两条SMA弹簧，所述两条SMA弹簧由上至下呈设定角度设置在硅胶外壳中，所述SMA弹簧的顶端设置有引线，通过引线连接有控制电路，通过控制电路来控制SMA弹簧的伸缩状态，从而实现机械手手指的工作；所述控制电路包括具有多个模拟量输入端口的单片机、PWM电子开关控制板以及压控电流源，所述STM32单片机用于实现PWM控制恒流源电路，并输出特定频率、特定占空比的PWM波形，所述PWM电子开关控制板用于将PWM信号转换为电压量，所述压控电流源利用电压的变化来控制电流的变化。
[0007] 作为优选的技术方案，所述平台和机械手手指模具通过3D打印制得。
[0008] 作为优选的技术方案，所述硅胶外壳通过下述方式制得：
[0010] 作为优选的技术方案，所述SMA弹簧的性能指标为：
[0011] 导线直径：200μm；
[0012] 内部弹簧直径：1mm；
[0013] 刚度范围：0.10～0.24n/mm。
[0015] 作为优选的技术方案，所述具有多个模拟量输入端口的单片机为STM32单片机。
[0016] 作为优选的技术方案，所述PWM电子开关控制板采用二阶RC低通无源滤波电路，由于无源滤波电路的负载能力差，信号经过二阶无源滤波电路后衰减比较厉害，故在二阶RC低通无源滤波电路后加上一级功率放大电路。
[0017] 作为优选的技术方案，所述PWM电子开关控制板采用MOS管开关电路，所述MOS管开关电路包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，以及电阻R1、R2、R3、R4、R5；Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱，用来实现隔离，同时确保Q3和Q4不会同时导通；R2和R3提供了PWM电压基准，通过改变这个基准，可让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置；Q3和Q4用来提供驱动电流，由于导通的时候，Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降；R5和R6是反馈电阻，用于对gate电压进行采样，采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈，从而把gate电压限制在一个有限的数值；R1用于提供对Q3和Q4的基极电流限制；R4用于提供对MOS管的gate电流限制，即Q3和Q4的Ice的限制。
[0018] 作为优选的技术方案，所述压控电流源包括运算放大器、大功率场效应管Q1、电阻R1、采样电阻R2和负载电阻RL，所述运算放大器的输出端通过电阻R1与大功率场效应管Q1的源极连接，所述大功率场效应管Q1的漏极通过负载电阻RL与电源Vcc连接，所述大功率场效应管Q1的栅极通过采样电阻R2接地；所述运算放大器的反向输入端连接至大功率场效应管Q1的栅极和采用电阻R2之间。
[0019] 作为优选的技术方案，所述通过控制电路来控制SMA弹簧的伸缩状态，从而实现机械手手指的工作具体通下述方式实现：
[0020] 由所需的理想的弯曲角度以及所需的抓取力，根据A,B,C,D的映射关系，计算得到一个阈值电压，利用采样电压与阈值电压不断的比较，在比较的过程改变单片机输出的多路PWM的占空比，采样电压与阈值电压相匹配时，就得到所需的弯曲角度以及抓取的力度；
[0021] 所述A,B,C,D的映射关系如下：
[0022] A：爪的弯曲量 SMA弹簧的形变量 SMA弹簧所获温度 SMA弹簧所流经的电流ISMA；
[0023] B:SMA弹簧所获温度 SMA弹簧的电阻 经过采样电路转化为电压量VSMA；
[0024] C:压力大小 传感器的电阻大小 经过采样电路转化为电压量VSen；
[0025] D:压控恒流源的输出电流大小 压控恒流源的输入电压大小。
[0026] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0027] 在发明，将SMA弹簧设置在机械手中作为驱动元件，具备下述优点：
[0029] (2)驱动结构简单；SMA驱动元件驱动时能直接得到位移量和驱动力，所以不用再额外设计减速、传动机构。所以只需要设计硅胶模具的形状与驱动电路即可。
[0030] (3)环保，无污染、噪音；SMA驱动器没有减速传动机构，故而不存在与机械机构间摩擦所带来的噪音问题，与外表的软结构相适应。
[0031] (4)传感功能。SMA元件利用自身的参数例如电阻率随温度的变化而变化，可以直接作为传感器反馈回温度变化情况，实现反馈控制。例如当温度升高，形状记忆合金的电阻率升高，此时应变和应力也随温度变化，那么只要得到电阻率与形变量的关系，就可以通过电阻率的值(在电路中可以由电压量或电流量反映)得到此时形变量的值，由此精确控制形变量，其电阻与温度的关系曲线如附图四所示，可以看出在一定的温度范围内，温度与电阻的关系是呈近似的线性关系的，这有利于本发明设计对SMA弹簧的控制方案。
附图说明
[0032] 图1为本发明软体机械手的示意图；
[0033] 图2为单个机械手手指的剖面视图；
[0034] 图3为机械手手指3D打印模具的断开的剖视图；
[0035] 图4为SMA弹簧的电阻与温度的曲线关系；
[0036] 图5为软压力传感器的尺寸图；
[0037] 图6为软压力传感器的电阻-压力曲线；
[0038] 图7为系统的各部分映射关系示意图；
[0039] 图8为二阶无源低通滤波电路；
[0040] 图9为PWM电子开关电路；
[0041] 图10为压控电流源电路结构示意图；
[0042] 图11为单个机械手手指弯曲示意图；
[0043] 图12为软体机械手抓取物体示意图。
具体实施方式
[0044] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0045] 实施例
[0046] 本实施例的一种基于SMA弹簧的软体机械手，由内部是形状记忆合金SMA弹簧作为动力来源，通过电流流经SMA弹簧，此过程产生焦耳热，热量导致SMA弹簧产生一维方向上的形变，利用两个SMA弹簧的作用，转化为软爪手指向不同方向弯曲的效果，并且由SMA弹簧特殊的性质，其电阻率随温度变化，利用采样电路将电阻率转化为电压或电流量通过单片机读取此模拟量，进行控制系统的设计，此过程产生的应变和应力，是软体机械手形变与产生抓握力的根本。SMA弹簧的外部是一种软硅胶包裹住SMA弹簧，随SMA弹簧的形变而被带动形变，最后，四根软硅胶手指都被固定在一个平台上。
[0047] 如图1、图2所示，本实施例基于SMA弹簧的软体机械手包括平台1，所述平台1的下方设有四根固定在平台1上的机械手手指2-1,2-2,2-3,2-4，每根机械手手指中都含有两根SMA金属弹簧2-1-1，2-1-2，同时配备有软体传感器。在平台1的最上方设有四个安装孔3-1，3-2，3-3，3-4，这些安装孔的作用是与传统的机械臂平台固定时使用，平台1的形状可由不同的机械臂的不同接口而改变。平台1中间还带有一个引线孔4，引线孔4的作用是将所有SMA弹簧的引线引出，并且这些引线之间都是相互绝缘，引线在将SMA弹簧接入控制电路的时候使用，通过控制电路来控制SMA弹簧的伸缩状态，从而实现机械手手指的工作；所述控制电路包括具有多个模拟量输入端口的单片机、PWM电子开关控制板以及压控电流源，所述STM32单片机用于实现PWM控制恒流源电路，并输出特定频率、特定占空比的PWM波形，所述PWM电子开关控制板用于将PWM信号转换为电压量，所述压控电流源利用电压的变化来控制电流的变化。
[0048] 为了更好的实施本发明，所述平台1是由3D打印得到，所述机械手手指的模具也由3D打印得到，机械手手指的模型如图3、图4所示。在模具中先将SMA弹簧放入并将导线引出。
人体硅胶也叫做加成型硅胶，双组分加成型硅胶。由两部分组成：A组分是硅胶，B组分是固化剂；两组分按1:1的比例混合配比，倒入前面的模具中，等待硅胶凝固之后，将导线接到控制板的对应接口，再进行程序设计，就得到本发明的软机械手系统。
人体硅胶也叫做加成型硅胶，双组分加成型硅胶。由两部分组成：A组分是硅胶，B组分是固化剂；两组分按1:1的比例混合配比，倒入前面的模具中，等待硅胶凝固之后，将导线接到控制板的对应接口，再进行程序设计，就得到本发明的软机械手系统。
[0050] 获取到型号为PS6600的硅胶，这种型号的硅胶是食品级的硅胶，无毒无味，通过FDA食品级认证。特点是流动性好，收缩率低，高抗撕拉，翻模次数多。硬度和强度都有相应的梯度可以选，如硬度有0度，5度，10度，20度，30度。(硬度越低越软)，强度也分为5度，10度，20度，30度。
[0051] 选择好合适的硅胶之后，将A液硅胶，和B液固化剂，按照质量1:1的比例混合，进行均匀搅拌，大约3分钟，若有真空机，可以实现完全没有气泡，若对制作得到的硅胶成品要求不高可以不使用真空机。只要做出来的模具不是很厚，几乎不会出现内部有气泡的现象。将得到的均匀搅拌后的液体倒入3D打印得到的模具中，等待3-4小时，可以实现固化。
[0052] 因为所制作的硅胶中还需嵌入SMA弹簧，所以在倒入硅胶混合液之前，先将SMA弹簧按照合适的位置放入硅胶模具中，将软传感器也放入到模具中，倒入前面步骤中均匀搅拌后得到的硅胶混合液，等待几小时之后，其固化后即可得到一根软体机械臂的手指2-1，重复此操作，可以得到手指2-2,2-3,2-4。
[0053] 再利用一个3D打印的平台1，和原先在平台1上预留好的孔和卡口，将软手指2-1,2-2,2-3,2-4与平台1固定起来，并将SMA弹簧的引线穿过预留好的引线孔4，各引线之间外还带有绝缘的外皮，与控制电路连通。
[0054] 所述SMA弹簧的性能指标为：
[0055] 导线直径：200μm；
[0056] 内部弹簧直径：1mm；
[0057] 线圈数量：6-10；
[0058] 弹簧指数：6；
[0059] 刚度范围：0.10～0.24n/mm。
[0060] 弹簧导线直径需要较细，这样有利于散热，可以大大缩短弹簧恢复为原状的时间，那么加热时采用电流加热，散热时间大大缩短，可以有效减少软爪弯曲所需要的时间。若恢复的时间仍然较慢，则可采用备选方案，可利用半导体冷却方法加速其散热。
[0061] 进一步的，可以将一种软体传感器——压力传感器在硅胶凝固之前，也将其放入模具中，软压力传感器的尺寸如附图5所示，其呈纸片状，易于贴附在物体的表面，等待硅胶凝固之后，就嵌入到软爪的内壁。用来测量抓取物体时的握力，握力的大小体现在传感器的电阻上，其电阻与压力的曲线如图6所示，当爪的抓握力太大时，通过改变给特定的SMA所通的直流电，来减小SMA弹簧的形变量，从而减小软爪的弯曲量。
[0062] 进一步的，在散热不佳导致软爪抓取周期较长时，可以使用半导体制冷片辅助散热。半导体制冷片(帕尔帖效应PELTIEREFFE-CT)1834年法国人帕尔帖发现了帕尔帖效应，即当电流流经两个不同材料组合成的闭合回路时，在材料的接头处一端会产生放出热量QP，另一端吸出热量QP。这种吸收或放出的热量叫做帕尔帖热，其到底是放热或吸热由电流的方向决定，大小由公式QP＝πI决定。其中π为帕尔帖系数，与温差电动势率有关，π＝(α1-α2)T,α1、α2为组成回路的两种材料的温差电动势，T为相关接头的温度。利用这个原理制成本机所用半导体制冷片(行业名是温差电致冷组件)。作为一种制冷源，半导体制冷片可以连续工作，不需要制冷剂，没有污染源和机械运动部件，不会产生回转效应，是一种固体元件，安装容易。半导体制冷片是电流换能型器件，通过控制输入电流，可实现高精度的温度控制。热惯性小，制冷制热时间比较快，在热端散热良好、冷端空载的情况下，可迅速达到最大温差。因此通过控制输出电流，就可以实现冷却速度的控制，此制冷片用作无法快速散热时的备选方案。
[0063] 当散热较慢时，需要将半导体制冷片也像前文描述的一样，嵌入到软手指的内部，同样将引线从引线孔4引出，在散热不佳时，控制输入此引线的输入电流，控制冷却的速度，此方案只做备选方案，因为当选择前文描述的SMA参数时，其散热加热的周期约为1.5s，已经可以达到抓取的要求。
[0064] 本实施例中，所述控制电路分为两部分：第一部分是恒流源电路，这部分是一个低成本电路，利用负反馈来实现PWM控制恒流源电路。先利用AVRATMEGA16单片机说明PWM脉宽调制的原理，AVR单片机片内有一个具有16位PWM功能的定时/计数器。在普通模式下，计数器不停地累加，计到最大值(TOP＝0xffff)后溢出，返回到最小值0x0000重新开始。当启用PWM功能即在单片机的快速PWM模式下，通过调整OCR1A的值可实现输出PWM波的占空比变化。产生PWM波形的机理是：PWM引脚电平在发生匹配时(匹配值为0～0xffff之间的值)，以及在计数器清零(从MAX变为BOTTOM)的那一个定时器时钟周期内发生跳变，波形在每个匹配值处以及计数清零时输出发生变化，从而实现了PWM波。由于OCR1A的值可以从0x0000到0xffff，共有65535个值，因此PWM波的最大分辨率为1/65535，满足系统分辨率设计要求。其中，fclk_I/O为系统时钟频率(7.3728MHz)，N为分频系数(取1、8、64、256或1024)。
[0065] 根据式子fPWM＝fclk/N/256；
[0066] 在N取1时，得PWM波的最大频率为7.3728MHz；当N取1024时，PWM波的最小频率为7.2kHz。本实施例中N取256，PWM波频率为28.8kHz。
[0067] 因此，可以利用多个单片机的模拟输入端口，获取到由温度改变引起的电阻率，利用采样电路转化为电压量或电流量的变化，相当于获取到目前SMA弹簧的形变量状态，得到软爪手指的弯曲量，此时再按照需要，控制给每个SMA弹簧所通的直流电流的大小，反而改变温度，就可以得到所需的弯曲角度，形成一个闭环负反馈控制系统。由此可以输出特定频率，特定占空比的PWM波形。由于需要8路PWM波输出，所以使用STM32单片机更为合适，两者原理完全相同。
[0068] 之后PWM可以由多种方式转化为电压量，可采用多种转化方式，本实施例以下述两种方案进行阐述：
[0069] 方案一，采用二阶RC低通无源滤波电路，电路图如附图8所示；PWM波产生后不能直接用于控制MOSFET，需把其变成能随占空比变化而变化的直流电压。在此，选用二阶RC低通无源滤波器，并取得了很好的效果。由于无源滤波器的负载能力差，信号经过二阶无源滤波网络后衰减比较厉害，需要增加一级功率放大电路。
[0070] 方案二，电路使用MOS管开关电路，是利用MOS管栅极(g)控制MOS管源极(s)和漏极(d)通断的原理构造的电路。只是单个MOS管的普通驱动方式像这种增强型NMOS管直接加一个电阻限流即可。由于MOS管内部有寄生电容有时候为了加速电容放电，会在限流电阻反向并联一个二极管。Vl和Vh分别是低端和高端的电源，两个电压可以是相同的，但是Vl不应该超过Vh。Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱，用来实现隔离，同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。R2和R3提供了PWM电压基准，通过改变这个基准，可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置。Q3和Q4用来提供驱动电流，由于导通的时候，Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降，这个压降通常只有0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。R5和R6是反馈电阻，用于对gate电压进行采样，采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈，从而把gate电压限制在一个有限的数值。这个数值可以通过R5和R6来调节。最后，R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制，R4提供了对MOS管的gate电流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的时候可以在R4上面并联加速电容。在一个确定的PWM频率下，改变PWM的占空比，可以改变输出端的电压，电路图如附图9所示。
[0071] 之后再接一个压控电流源，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。采用如附图10所示的电路，该压控电流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R2、负载电阻RL等组成。电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管，更易于实现电压线性控制电流，既能满足输出电流最大达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时，漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时，满足：Id＝f(Ugs)，只要Ugs不变，Id就不变。在此电路中，R2为取样电阻，采用康铜丝绕制(阻值随温度的变化较小)，阻值为0.35Ω。运放采用OP-07作为电压跟随器，UI＝Up＝Un，场效应管Id＝Is(栅极电流相对很小，可忽略不计)所以Io＝Is＝Un/R2＝UI/R2。正因为Io＝UI/R2，电路输入电压UI控制电流Io，即Io不随RL的变化而变化，从而实现压控恒流。同时，由设计要求可知：由于输出电压变化的范围U≤10V，Iomax＝2A，可以得出负载电阻RLmax＝5Ω。
[0072] 利用此方案来控制8路恒流源，用于给SMA弹簧加热，当SMA弹簧没有通电时，其为原状，也就是默认的伸长状态，给其中一个SMA弹簧通以一个特定大小电流，则SMA会得到对应大小的形变量，如图11所示，从而促使软爪往一个方向弯曲，达到弹簧形变转化为软爪形变的效果，多个软爪配合，可以用于抓取易碎物体，如图12所示。
[0073] 本实施例有两个量在参与反馈控制，第一个是软传感器，可以用于测试抓握时的力，如附图6所示，是其力敏特性曲线图。在一定的压力范围内，其阻值与压力关系呈线性关系，在此范围内，可以由其阻值大小得到此时的压力大小，将此压力传感器嵌在软爪的表面，可以做到反馈控制。第二个是利用SMA自身的电阻率随温度变化的关系，形成的如附图7所示的反馈系统。由所需的理想的弯曲角度以及所需的力，根据A,B,C,D的映射关系，计算得到一个阈值电压，利用采样电压与阈值电压不断的比较，在比较的过程改变STM32输出的8路PWM的占空比，采样电压与阈值电压相匹配时，就得到所需的弯曲角度以及抓取的力度。
这样形成的整个系统，是能根据特定的易碎物体，来调整抓取的力度，达到对易碎物体抓取时的保护的效果。
这样形成的整个系统，是能根据特定的易碎物体，来调整抓取的力度，达到对易碎物体抓取时的保护的效果。
[0074] 所述A,B,C,D的映射关系如下：
[0075] A：爪的弯曲量 SMA弹簧的形变量 SMA弹簧所获温度 SMA弹簧所流经的电流ISMA；
[0076] B:SMA弹簧所获温度 SMA弹簧的电阻 经过采样电路转化为电压量VSMA；
[0077] C:压力大小 传感器的电阻大小 经过采样电路转化为电压量VSen；
[0078] D:压控恒流源的输出电流大小 压控恒流源的输入电压大小。
[0079] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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