[發明專利]形狀記憶合金驅動的仿生爬壁機器人腿單元及機器人

有效

• 申請號: 201810448505.2
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108372517B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 張文東;孫振國;陳強
• 申請（專利權）人: 清華大學;浙江清華長三角研究院
• 主分類號: B25J18/00
• 分類號: B25J18/00;B25J11/00;B25J15/06
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 李玉琦;張超艷

1.一種形狀記憶合金驅動的仿生爬壁機器人腿單元，安裝在仿生爬壁機器人的軀干上，其特征在于，所述仿生爬壁機器人腿單元包括：

仿生腿，所述仿生腿包括第一肢節和第二肢節，所述第一肢節的第一端與所述軀干通過球鉸連接，所述第一肢節的第二端與所述第二肢節的第一端通過平面轉動副連接，所述第二肢節的第二端安裝有足模塊；

減震彈簧，所述減震彈簧安裝于所述第一肢節與所述軀干之間，且垂直于所述軀干所在的平面；

單向形狀記憶合金驅動器，安裝在所述第一肢節與所述第二肢節之間，用于驅動所述仿生腿左右移動；以及

雙向形狀記憶合金驅動器，安裝在所述第一肢節與所述軀干之間，用于驅動所述仿生腿前后移動；

其中，所述足模塊包括彈性罩、形狀記憶合金環和磁性球，所述彈性罩與所述第二肢節的第二端固定連接，所述磁性球安裝于所述彈性罩中，所述形狀記憶合金環安裝于所述彈性罩的開口處，通過控制形狀記憶合金環實現對所述磁性球的鎖定與釋放，且所述仿生腿移動過程中所述磁性球與吸附表面保持接觸。

2.根據權利要求1所述的形狀記憶合金驅動的仿生爬壁機器人腿單元，其特征在于，加熱所述形狀記憶合金環至其溫度超過相變點，所述形狀記憶合金環的直徑增大，所述彈性罩的開口增大，釋放所述磁性球，所述磁性球在所述彈性罩中轉動，使得所述足模塊相對于介質表面移動；所述形狀記憶合金環冷卻后，所述彈性罩的開口處收縮，鎖定所述磁性球吸附在介質表面，所述足模塊與所述介質表面保持靜止。

3.根據權利要求1所述的形狀記憶合金驅動的仿生爬壁機器人腿單元，其特征在于，所述雙向形狀記憶合金驅動器包括第一形狀記憶合金單元和第二形狀記憶合金單元，所述第一形狀記憶合金單元和所述第二形狀記憶合金單元對稱安裝于所述仿生腿的兩側，所述第一形狀記憶合金單元包括第一形狀記憶合金絲和第一彈簧，所述第一形狀記憶合金絲插入所述第一彈簧中，所述第二形狀記憶合金單元包括第二形狀記憶合金絲和第二彈簧，所述第二形狀記憶合金絲插入所述第二彈簧中，所述單向形狀記憶合金驅動器包括第三形狀記憶合金單元，所述第三形狀記憶合金單元包括第三形狀記憶合金絲和第三彈簧，所述第三形狀記憶合金絲插入所述第三彈簧中。

4.根據權利要求3所述的形狀記憶合金驅動的仿生爬壁機器人腿單元，其特征在于，所述雙向形狀記憶合金驅動器正向工作時，加熱所述第一形狀記憶合金絲至其溫度超過相變點后長度收縮，所述第一彈簧收縮，所述第二形狀記憶合金絲的長度變長，所述第二彈簧伸長，所述仿生腿通過所述球鉸相對于所述軀干正向轉動，直至所述第一形狀記憶合金絲的拉力與所述第一彈簧和所述第二彈簧的彈力平衡時，所述仿生腿停止轉動；所述雙向形狀記憶合金驅動器逆向工作時，加熱所述第二形狀記憶合金絲至其溫度超過相變點后長度收縮，所述第二彈簧收縮，所述第一形狀記憶合金絲的長度變長，所述第一彈簧伸長，所述仿生腿通過所述球鉸相對于所述軀干逆向轉動，直至所述第二形狀記憶合金絲的拉力與所述第二彈簧和所述第一彈簧的彈力平衡時，所述仿生腿停止轉動。

5.根據權利要求3所述的形狀記憶合金驅動的仿生爬壁機器人腿單元，其特征在于，所述單向形狀記憶合金驅動器工作時，加熱所述第三形狀記憶合金絲至其溫度超過相變點后長度收縮，所述第三彈簧收縮，所述第二肢節相對于所述第一肢節繞所述平面轉動副轉動，直至所述第三形狀記憶合金絲的拉力與所述第三彈簧的彈力平衡，所述第二肢節停止轉動。

6.一種形狀記憶合金驅動的仿生爬壁機器人，包括軀干，其特征在于，還包括安裝在所述軀干上的多個如權利要求1至5任一項權利要求所述的仿生爬壁機器人腿單元，通過所述單向形狀記憶合金驅動器和所述雙向形狀記憶合金驅動器驅動所述仿生爬壁機器人的移動。

7.根據權利要求6所述的形狀記憶合金驅動的仿生爬壁機器人，其特征在于，多個仿生爬壁機器人腿單元對稱安裝于所述軀干的兩側。