[實用新型]形狀記憶合金彈簧驅(qū)動的柔性機械臂

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420141453.1
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN203804999U
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬橋;李曙光;袁建平
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J18/06
• 分類號: B25J18/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種彈簧驅(qū)動的柔性機械臂。

背景技術(shù)

機械臂作為人類現(xiàn)代自動化工業(yè)的重要工具，由于其工作空間大、靈活性好、可以在人類無法到達(dá)的環(huán)境下工作等優(yōu)點，在航空、高精度機械加工及測量、醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)的剛性機械臂，柔性機械臂具有質(zhì)量輕、負(fù)載大、靈巧、能耗低、效率高等優(yōu)點，逐漸成為機械臂研究的熱點之一。

目前研制出的柔性機械臂大部分是通過氣動，液壓，伺服電機等方式驅(qū)動來實現(xiàn)彎曲和抓取運動。在這些驅(qū)動方式中，伺服電機驅(qū)動的缺點是：功重比小，且需要減速機構(gòu)，從而使機械臂的體積增大，結(jié)構(gòu)繁重，且零部件精度要求高；同時，電機驅(qū)動存在噪聲和污染，驅(qū)動電壓也較高。而對于液壓和氣動驅(qū)動，他們的缺點是：對密封性要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要外部連接裝有液體或氣體的設(shè)備，從而使得體積較大。這幾種驅(qū)動方式對于機械臂向微小型化發(fā)展都非常不利。

形狀記憶合金(Shape?Memory?Alloy，SMA)作為一種智能材料，是一種新型的驅(qū)動元件。SMA具有很多肌肉特性，比如高功率密度、大輸出力、柔軟性、單向收縮、自感知等功能。此外，SMA驅(qū)動簡單，電流加熱即可實現(xiàn)。然而，SMA絲存在著收縮率較小(4％-6％)，運動形式單一等缺點，給實際的驅(qū)動應(yīng)用帶來不便。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型為實現(xiàn)全柔性彎曲、扭轉(zhuǎn)和伸縮運動，提供了一種類似象鼻的仿生柔性機械臂。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：本實用新型形狀記憶合金彈簧驅(qū)動的柔性機械臂，包括硅膠管、導(dǎo)線束和形狀記憶合金彈簧，所述導(dǎo)線束通過所述硅膠管內(nèi)的孔與所述形狀記憶合金彈簧連接，所述硅膠管內(nèi)嵌有與其直徑匹配的彈簧。

進(jìn)一步的，所述硅膠管表面凹槽內(nèi)設(shè)置有6根每隔60度均勻分布的徑向形狀記憶合金彈簧，所述徑向形狀記憶合金彈簧所述導(dǎo)線束連接與所述徑向形狀記憶合金彈簧上的節(jié)點連接。

進(jìn)一步的，所述硅膠管表面凹槽內(nèi)設(shè)置有6根左旋形狀記憶合金彈簧和6根右旋形狀記憶合金彈簧，所述左、右旋形狀記憶合金彈簧與所述導(dǎo)線束連接。

本實用新型所提供的技術(shù)方案有以下特點：

(1)利用形狀記憶合金彈簧的形狀記憶效應(yīng)，在一定溫度條件下，通過相變收縮模擬肌肉纖維的作用，來為柔性機械臂提供動力，整個結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，仿生效果好，適于向微型化發(fā)展；

(2)通過形狀記憶合金彈簧在硅膠管表面的網(wǎng)狀編織，使柔性機械臂可以實現(xiàn)整體的柔性彎曲、扭轉(zhuǎn)和伸縮運動，并且這幾種運動可以產(chǎn)生復(fù)合效果，增加了柔性機械臂的靈活性，使其可完成復(fù)雜環(huán)境下的柔性抓取和捕獲等功能；

(3)對形狀記憶合金彈簧進(jìn)行分段控制，使單根形狀記憶合金彈簧原本單一的收縮形式變得多樣，通過控制每一小段或是多個小段的相互配合，從而使柔性機械臂可以實現(xiàn)多個角度彎曲，大大增加了柔性機械臂的運動范圍；

(4)利用形狀記憶合金自身的性質(zhì)(如電阻等)即可實現(xiàn)反饋功能，不需要額外的檢測元件，簡化了控制。

附圖說明

圖1：形狀記憶合金彈簧驅(qū)動的柔性機械臂示意圖。

圖2：內(nèi)嵌彈簧的硅膠管示意圖(未顯示凹槽)。

圖3：本實用新型收縮的示意圖。

圖4：本實用新型彎曲角度(以N＝3為例)。

圖5：本實用新型‘S’造型(以N＝3為例)。

圖6：本實用新型扭轉(zhuǎn)運動。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖說明對實用新型做進(jìn)一步說明。