[发明专利]一种形状记忆合金驱动的象鼻型连续机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生机器人，更具体地说，本发明涉及一种形状记忆合金驱动的象鼻型连续机器人。

背景技术

近几十年来，仿生学极大地推动了机器人技术的研究与发展。其中，连续机器人就是一类典型的范例。它们是受大象鼻子、章鱼触手以及蛇体这一类生物结构启发而设计的，通常采用柔性的结构，无离散关节和刚性连杆，并通过弯曲本体成弧形或波浪形以形成运动。这一类机器人可以灵活地绕过障碍物，或穿过狭小的孔洞，非常适合非结构化环境应用，在航空检测、医疗外科、城市救援、工业制造等领域有巨大的应用前景。

专利申请号CN200910072751.3，名称为连续体型半自主式内窥镜机器人，具有五段弯曲关节。每段弯曲关节由四根钢丝驱动，具有两个自由度。这种设计的不足是：钢丝的控制需要笨重的远程电机驱动结构，整体体积大；专利申请号CN201410163465.9，名称为绳索驱动连续机器人，采用离散关节、连续关节混合的结构形式。其中离散关节使用电机驱动，连续关节采用绳索驱动。这种设计的不足是：离散关节的电机结构使机器人体积无法进一步减小、绳索的控制需要笨重的远程电机驱动结构。

发明内容

针对现有技术，本发明的目的在于提供了一种形状记忆合金驱动的象鼻型连续机器人，以解决现有连续机器人体积大、需要笨重的远程驱动结构问题，并具有良好的运动灵活性。

本发明通过以下技术方案实现。

一种形状记忆合金驱动的象鼻型连续机器人，其特征在于：该机器人采用模块化设计思想，包括若干个相同的连续关节模块、若干个相同的双通螺柱。相邻两个连续关节模块通过双通螺柱串联形式连接。每个连续关节模块具有弯曲和偏转两个自由度，其结构包括两个法兰、一个拉伸弹簧、四根形状记忆合金弹簧、五个第一类分隔栏、五个第二类分隔栏、一个传感器模块。其中，形状记忆合金弹簧是连续关节模块的驱动元件，通过电流加热的方式控制；传感器模块为九轴惯性测量单元，包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴地磁传感器，其传感信息可以解算得到连续关节模块的位置和姿态。

拉伸弹簧两端为平面，其节距与线径相等，位于连续关节模块的中央，并通过上下两个法兰的圆环槽与这两个法兰固定。四根形状记忆合金弹簧均匀布置在拉伸弹簧的四周，并通过螺栓与上下两个法兰固定。该螺栓与法兰之间设有单头焊片垫圈，用于连接通电导线。通过调节通过形状记忆合金弹簧的电流和时间，可以控制形状记忆合金弹簧的长度变化。五个第一类分隔栏沿着拉伸弹簧长度方向均匀分布在上下两个法兰之间。第一类分隔栏设有中心孔和均匀布置的小孔，其中小孔用于供形状记忆合金弹簧穿过；中心孔用于供拉伸弹簧通过，且与拉伸弹簧外壁紧密贴合。第二类分隔栏中除中心孔比第一类分隔栏的中心孔大外，其他结构与第一类分隔栏相同。五个第二类分隔栏分别与五个第一类分隔栏贴合，在安装好形状记忆合金弹簧和拉伸弹簧后，两者沿中心轴线相互错位一定角度，并用螺栓螺母组合固定。两类分隔栏的作用为：使连续关节模块运动后形状记忆合金弹簧形状近似圆弧形，同时在保持形状记忆合金弹簧中每一小段的变形近似相同。传感器模块使用螺栓固定在上法兰上。为防止短路，上下法兰、第一类分隔栏、第二类分隔栏的材料采用绝缘的非金属材料。拉伸弹簧喷有绝缘漆。

通过上述连接，构成了形状记忆合金驱动的象鼻型连续机器人。

本发明的优点为：一、采用形状记忆合金驱动，驱动部件形状记忆合金直接作为本体的一部分，只需外接通电导线即可控制，结构简单，整体体积小，重量轻，适合狭小环境应用。二、形状记忆合金弹簧行程大，连续关节单元可以获得更大的弯曲角度，提高机器人的灵活性。三、形状记忆合金是一种智能材料，除作为驱动元件外，还可以提供传感信息，如力、形变，有利于机器人运动的精确控制。

附图说明

图1A为本发明的形状记忆合金驱动的象鼻型连续机器人的结构图。

图1B为本发明的形状记忆合金驱动的象鼻型连续机器人的分解图。

图2A为本发明的连续关节模块的结构图。

图2B为本发明的连续关节模块的分解图。