[發明專利]一種形狀記憶合金驅動的象鼻型連續機器人

在審

• 申請號: 201710045354.1
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN107053155A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 史震云;羅瑞東;田加文;王田苗
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/10
• 代理公司: 北京云科知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11483
• 代理人: 王素貞

技術領域

本發明涉及一種仿生機器人，更具體地說，本發明涉及一種形狀記憶合金驅動的象鼻型連續機器人。

背景技術

近幾十年來，仿生學極大地推動了機器人技術的研究與發展。其中，連續機器人就是一類典型的范例。它們是受大象鼻子、章魚觸手以及蛇體這一類生物結構啟發而設計的，通常采用柔性的結構，無離散關節和剛性連桿，并通過彎曲本體成弧形或波浪形以形成運動。這一類機器人可以靈活地繞過障礙物，或穿過狹小的孔洞，非常適合非結構化環境應用，在航空檢測、醫療外科、城市救援、工業制造等領域有巨大的應用前景。

專利申請號CN200910072751.3，名稱為連續體型半自主式內窺鏡機器人，具有五段彎曲關節。每段彎曲關節由四根鋼絲驅動，具有兩個自由度。這種設計的不足是：鋼絲的控制需要笨重的遠程電機驅動結構，整體體積大；專利申請號CN201410163465.9，名稱為繩索驅動連續機器人，采用離散關節、連續關節混合的結構形式。其中離散關節使用電機驅動，連續關節采用繩索驅動。這種設計的不足是：離散關節的電機結構使機器人體積無法進一步減小、繩索的控制需要笨重的遠程電機驅動結構。

發明內容

針對現有技術，本發明的目的在于提供了一種形狀記憶合金驅動的象鼻型連續機器人，以解決現有連續機器人體積大、需要笨重的遠程驅動結構問題，并具有良好的運動靈活性。

本發明通過以下技術方案實現。

一種形狀記憶合金驅動的象鼻型連續機器人，其特征在于：該機器人采用模塊化設計思想，包括若干個相同的連續關節模塊、若干個相同的雙通螺柱。相鄰兩個連續關節模塊通過雙通螺柱串聯形式連接。每個連續關節模塊具有彎曲和偏轉兩個自由度，其結構包括兩個法蘭、一個拉伸彈簧、四根形狀記憶合金彈簧、五個第一類分隔欄、五個第二類分隔欄、一個傳感器模塊。其中，形狀記憶合金彈簧是連續關節模塊的驅動元件，通過電流加熱的方式控制；傳感器模塊為九軸慣性測量單元，包括三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸地磁傳感器，其傳感信息可以解算得到連續關節模塊的位置和姿態。

拉伸彈簧兩端為平面，其節距與線徑相等，位于連續關節模塊的中央，并通過上下兩個法蘭的圓環槽與這兩個法蘭固定。四根形狀記憶合金彈簧均勻布置在拉伸彈簧的四周，并通過螺栓與上下兩個法蘭固定。該螺栓與法蘭之間設有單頭焊片墊圈，用于連接通電導線。通過調節通過形狀記憶合金彈簧的電流和時間，可以控制形狀記憶合金彈簧的長度變化。五個第一類分隔欄沿著拉伸彈簧長度方向均勻分布在上下兩個法蘭之間。第一類分隔欄設有中心孔和均勻布置的小孔，其中小孔用于供形狀記憶合金彈簧穿過；中心孔用于供拉伸彈簧通過，且與拉伸彈簧外壁緊密貼合。第二類分隔欄中除中心孔比第一類分隔欄的中心孔大外，其他結構與第一類分隔欄相同。五個第二類分隔欄分別與五個第一類分隔欄貼合，在安裝好形狀記憶合金彈簧和拉伸彈簧后，兩者沿中心軸線相互錯位一定角度，并用螺栓螺母組合固定。兩類分隔欄的作用為：使連續關節模塊運動后形狀記憶合金彈簧形狀近似圓弧形，同時在保持形狀記憶合金彈簧中每一小段的變形近似相同。傳感器模塊使用螺栓固定在上法蘭上。為防止短路，上下法蘭、第一類分隔欄、第二類分隔欄的材料采用絕緣的非金屬材料。拉伸彈簧噴有絕緣漆。

通過上述連接，構成了形狀記憶合金驅動的象鼻型連續機器人。

本發明的優點為：一、采用形狀記憶合金驅動，驅動部件形狀記憶合金直接作為本體的一部分，只需外接通電導線即可控制，結構簡單，整體體積小，重量輕，適合狹小環境應用。二、形狀記憶合金彈簧行程大，連續關節單元可以獲得更大的彎曲角度，提高機器人的靈活性。三、形狀記憶合金是一種智能材料，除作為驅動元件外，還可以提供傳感信息，如力、形變，有利于機器人運動的精確控制。

附圖說明

圖1A為本發明的形狀記憶合金驅動的象鼻型連續機器人的結構圖。

圖1B為本發明的形狀記憶合金驅動的象鼻型連續機器人的分解圖。

圖2A為本發明的連續關節模塊的結構圖。

圖2B為本發明的連續關節模塊的分解圖。