[發明專利]多模式柔性機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 201811391743.0
• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN109878593B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 毛婷;彭瀚旻;冒林麗
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

本發明公開了一種多模式柔性機器人及其控制方法，機器人由四個壓電雙晶片和兩根形狀記憶合金彈簧連接在PVC柔性基體上構成。利用形狀記憶合金驅動，柔性基體變形帶動PVC彈性帶儲存和釋放彎曲應變能，機器人實現跳躍運動和跳躍后回復原狀的功能；利用壓電雙晶片驅動，機器人實現直線、轉彎運動和跳躍后姿態調整的功能。機器人對稱的基體結構、反對稱的壓電雙晶片布置以及自適應側邊彈性帶設計，機器人能夠實現無翻轉的定向的連續運動。本發明結合壓電驅動高精度快響應、形狀記憶合金高柔性大變形的優勢，實現機器人的直線、轉彎、跳躍、姿態調整的自適應多運動模式。

技術領域：

本發明涉及壓電技術領域、智能材料領域和柔性機器人領域，尤其涉及一種多模式柔性機器人及其控制方法。

背景技術：

為適應復雜的地形環境，滿足實際的應用要求，具備越障能力的跳躍機器人發展迅速。傳統的跳躍機器人利用直流電機驅動，依靠機械傳動元件，實現能量的儲存和釋放，從而產生跳躍運動，但存在制造、控制和小型化上的困難。同時考慮到剛性基體著陸的沖擊力對機器人的損傷，跳躍機器人結合柔性基體材料，采用化學能、氣動能驅動或者利用智能材料驅動器來簡化結構，其中形狀記憶合金驅動器兼具傳動和驅動功能，作為微型跳躍機器人的彈射機構，具有尺寸小，質量輕、結構簡單、跳躍性能優越的優點，能夠在狹窄空間內完成搜索和救援，監視和環境監測等任務。

由于形狀記憶合金加熱相變的特性，響應時間緩慢，回復原狀困難。形狀記憶合金跳躍機器人存在的問題在于機器人的定向的連續運動，即跳躍后無翻轉的平穩著陸、姿態自適應調整以實現機器人的連續跳躍運動，以及機器人的跳躍加行走多模式運動以實現機器人的定向運動。

而壓電驅動具有精度高、響應快的優勢，壓電機器人能夠實現平面內的直線和轉彎運動，因而可以考慮驅動器的相互結合來實現機器人的多模式運動。

發明內容：

發明目的：針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種多模式柔性機器人及其控制方法，結合形狀記憶合金驅動器高柔性、大變形和壓電驅動高精度、快響應的優勢，實現機器人的跳躍、直線和轉彎運動，利用不同柔性的基體材料和對稱/反對稱結構實現機器人的無翻倒的連續運動的功能。機器人能夠根據復雜地形的要求變換運動模式，調整運動姿態和方向。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

多模式柔性機器人，包括“8”字形PVC基體、第一至第二彈跳足、第一至第二形狀記憶合金彈簧、第一至第四半圓PVC彈性帶、第五PVC彈性帶、第一至第四“L”形PVC支撐梁、以及第一至第四驅動足，其中：

“8”字形PVC基體是由帶開口的PVC薄膜折疊成的兩個共棱邊的三棱柱組成，兩個三棱柱可繞中間的折疊關節自由旋轉；

第一至第二形狀記憶合金彈簧的兩端分別固定在“8”字形PVC基體上下表面的棱邊上、呈拉伸狀態，且第一、第二形狀記憶合金彈簧相互平行；

第五PVC彈性帶由平直狀在彈性范圍內彎成弧狀，穿過“8”字形PVC基體中部的矩形開口，兩端固定在“8”字形PVC基體的前后端面中部，第一至第二彈性足粘結在第五PVC彈性帶偏后側的上下表面；

第一至第四半圓PVC彈性帶由平直狀在彈性范圍內彎成半圓弧狀，通過第一至第四“L”形PVC支撐梁，與“8”字形PVC基體固連，位于“8”字形PVC基體的兩側，用來實現機器人跳躍后的姿態自調整；

第一至第二驅動足安裝在第一至第二半圓PVC彈性帶上半部，第三至第四驅動足安裝在第三至第四半圓PVC彈性帶下半部，即第一至第二驅動足與第三至第四驅動足的位置關于折疊關節反對稱；所述第一至第四驅動足的自由振動端位于第一至第四半圓PVC彈性帶的外側，與地面形成小于90度的傾角；