[發明專利]基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人

有效

• 申請號: 202210160926.1
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114589685B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 莊國志;方倩藝;巫天越
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人，其包括子母折紙主體和兩根SMA絲，所述子母折紙主體由兩個子結構、兩個母結構組成。所述子結構和母結構均為折紙管結構，且所述折紙管結構是由兩個完全相同的Miura折紙基本單元組成的管狀結構，折紙管結構關于中間四條折痕線組成的中間對稱面左右對稱，兩側管口呈菱形；所述子結構與母結構結構相同，子結構尺寸小于母結構尺寸。兩根SMA絲分別位于子母折紙主體的上下表面，且被約束為呈U形。本發明的兩根SMA絲在交替通電下可使機器人向一個方向前行。子母折紙，具有顯著的抗彎、抗扭能力，保證了機器人站立的平穩性，并提供有助于移動的各向異性摩擦機制。

技術領域

本發明屬于軟體機器人設計領域，具體涉及一種基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人。

背景技術

剛性機器人由于其笨重、僵硬的框架，不適合收納、運輸或者在狹小的空間中工作，從而如何設計輕質、柔順的軟體機器人成為科學界以及工程領域的重要研究課題之一。

近幾十年來，研究人員提出了一種新的結構，稱為折紙。折紙這個術語用來描述一種古老的折疊藝術，ori的詞根表示折疊，而-gami表示紙張。折紙術的基本理論是將一張紙從二維變形為三維幾何鑲嵌，近幾十年來，這一思想的研究和應用超出了純粹的美學目的。在剛性折紙圖案中，折痕線包圍的表面在折疊過程中不允許拉伸或彎曲。剛性折疊、平面折疊和可展的特性使剛性折紙結構具有廣泛的潛在應用，作為一種基本的剛性折紙圖案，Miura折紙具有幾何簡單性和優異的機械性能，并能從運動學角度唯一地描述其運動，這種新穎的結構引起了研究人員的注意，并對這種結構的許多不同方面進行了研究。

由于折紙結構的可折疊性與特殊的力學性質，它可以作為如形狀記憶合金絲之類的輕質、柔順驅動材料的良好載體，組成具有移動能力的軟體機器人。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人。

本發明提供了一種基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人，其特征在于，包括子母折紙主體和兩根形狀記憶合金絲，所述子母折紙主體由兩個子結構、兩個母結構組成。所述子結構和母結構均為折紙管結構，且所述折紙管結構是由兩個完全相同的Miura折紙基本單元組成的管狀結構，折紙管結構關于中間四條折痕線組成的中間對稱面左右對稱，兩側管口呈菱形；所述子結構與母結構結構相同，子結構尺寸為母結構尺寸的0.5-0.7倍；

所述基于子母折紙的形狀記憶合金絲驅動軟體機器人采用如下方法制作：

1)兩個母結構以相同的姿態排列，且使兩個母結構各自的中間對稱面、前后兩側的管壁面均處于豎直狀態；將兩個母結構緊靠，使兩者互補的管壁面互相接觸，且中間對稱面共面；

2)上下顛倒其中一個母結構，仍使互補的管壁面接觸且中間對稱面共面；調整其中一個母結構的高度，使一個母結構兩側管口的右下角與另一個母結構兩側管口的左上角貼合，以此狀態黏貼兩個母結構使其相互固定；

3)在兩個母結構的正下方以與母結構相同的姿態各自固定一個子結構，并使兩個子結構互補的兩個管壁面貼合固定；四個折紙管結構的中間對稱面位于豎直平面且共面；

4)兩個子結構在下，使兩個子結構的三個頂點接觸支撐面，放置該折紙主體，將此朝向規定為正放；在兩個母結構下表面的三個尖端處分別粘貼一塊硅膠泡沫，使一根形狀記憶合金絲穿過下表面的三個硅膠泡沫并呈U形；在兩個母結構上表面的山線和兩個尖端處分別粘貼一塊硅膠泡沫，使一根形狀記憶合金絲穿過上表面的三個硅膠泡沫并呈W形。

作為本發明的優選方案，所述子結構尺寸為母結構尺寸的0.6倍。

作為本發明的優選方案，所述形狀記憶合金絲與折紙主體的固定點之間設置有硅膠泡沫，硅膠泡沫固定在折紙主體的固定點上形狀記憶合金絲穿過硅膠泡沫進行固定。