[發明專利]一種竹節式復合彎曲驅動器

在審

• 申請號: 202010565420.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111692059A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 李月
• 主分類號: F03G7/06
• 分類號: F03G7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請提供了一種竹節式復合彎曲驅動器，所述竹節式復合彎曲驅動器由若干個復合區域與若干個形變區域相互穿插排布，所述復合區域與所述形變區域具有由形狀記憶合金一體化構成的驅動器本體，所述復合區域的本體外由內至外依次包括電卡材料、表面電極。通過電卡材料的電卡效應促使形狀記憶合金的形變區域完成相變與逆相變的過程，以實現形狀記憶合金能夠大角度彎曲，解決單根形狀記憶合金無法實現大角度彎曲驅動的問題，以及形狀記憶合金的相變過程慢的問題，實現轉角大、冷卻速度快、結構簡單、成本低且占用空間小的無卡點彎曲形變驅動。

技術領域

本申請涉及驅動器領域，特別涉及為一種竹節式復合彎曲驅動器。

背景技術

在近年來隨著社會經濟的不斷發展，在計算機科學、自動化控制、機器人形態學等科學領域發展的推動下，機器人正在人類社會扮演著越來越重要的角色，其足跡己遍布工業、農業、航空宇航以及軍事領域，而且正逐步向醫療、教育、家庭、服務等與人類生活更加密切的全新領域拓展。

機器人的任務屬性決定了通用性和適應性是機器人的兩個最主要特征。通用性是指機器人具有可變的幾何構型以實現不同的功能和完成多樣性任務的能力。適應性要求機器人能夠對周圍環境進行感知，并能夠通過改變自身的幾何結構適應不同的工作環境，進行復雜的運動最終完成目標任務。而傳統的剛性機器人無法通過簡單的結構設計來實現上述功能。

因而具有柔順度高，靈活性好、結構簡單，成本低的軟體機器人應運而生。通常軟體機器人采用的驅動器有形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，SMA)、絲驅動機構(tendon-driven mechanisms)、電活性聚合物(Electro Active Polymer，EAP)、人工氣動肌肉(Pneumatic Artificial Muscle，PAM)等。

形狀記憶合金作為一種新型功能材料為人們所認識，并成為一個獨立的學科分支，目前主要有三類：NiTi基、Cu基和Fe基，記憶效果較好的是NiTi基合金。形狀記憶合金驅動器利用高溫相和低溫相相互轉變過程中產生的變形或者回復力達到驅動目的。

形狀記憶合金作為核心材料進行驅動與傳統機械或者電磁驅動方式相比，其最顯著的特點是：它幾乎沒有驅動能量的消耗，具有最高的變形能力，因此可以獲得較大的驅動行程；它有最高的工作和斷裂應力，因此材料本身可以勝任強度要求更高的驅動元件和結構；它有非常高的能量體積比(能量密度)，結合材料本身的相對高強度和NiTi系合金良好的記憶特性，因此可以提供較大的驅動力。

雖然擁有眾多優點，但基于形狀記憶合金的大轉角彎曲驅動器卻是少之又少，而大角度彎曲驅動器又是機構運動形式多樣化所必須的。形狀記憶合金由于受到自身記憶能力及疲勞的限制，單根形狀記憶合金無法實現大角度彎曲驅動的能力。雖然通過一定的復合結構能實現較大角度的彎曲，但這又增加了整個裝置的體積，會限制其在小型及微型器件中的應用。

形狀記憶合金驅動器面臨的第二個問題為其冷卻問題，雖然通過脈寬電流可以在幾秒之內使形狀記憶合金完成逆相變過程，但卻要通過幾十秒的時間使之完成相變過程，導致其響應周期過長，頻率下降。即使可以通過外加冷卻裝置(如風冷、氣冷或水冷等)使之在較短的時間冷卻，但這也會增加裝置的體積、質量及成本。

發明內容

為解決上述技術問題，本申請提供一種轉角大、冷卻速度快、結構簡單、成本低且占用空間小的竹節式復合彎曲驅動器，旨在解決單根形狀記憶合金無法實現大角度彎曲驅動的問題，以及形狀記憶合金的相變過程較慢的技術問題，使其能夠實現大角度轉角驅動。

本發明采用以下技術方案：一種竹節式復合彎曲驅動器，所述竹節式復合彎曲驅動器由若干個復合區域與若干個形變區域相互穿插排布，所述復合區域與所述形變區域均有由形狀記憶合金一體化構成的驅動器本體，所述復合區域的本體外由內至外依次復合有電卡材料、表面電極。

作為本發明的進一步限定，所述復合區域的形狀記憶合金本體與電卡材料之間緊密連接。