[发明专利]基于压电驱动的柔性机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于压电驱动的柔性机器人，由六个驱动足连接在十字型PVC薄膜上构成，PVC薄膜上下表面分别布置交叉的形状记忆合金弹簧和形状记忆合金丝。利用压电双晶片在正余弦电压作用下的振动，通过激励不同的压电双晶片组，使机器人产生前进、左转、右转的平面运动；利用形状记忆合金弹簧加热收缩回复原长的特性，使机器人相应的前腿、中间腿或后腿抬起，同时利用形状记忆合金丝加热回复直线原形的特性，使机器人相应的前腿、中间腿或后腿落下，实现机器人的越障功能。本发明结合压电驱动的快速响应、精确定位以及形状记忆合金变形度大的优势，实现了机器人的平面运动和越障功能。

技术领域

本发明涉及于超声领域、压电技术领域和柔性机器人领域，尤其涉及一种基于压电驱动的柔性机器人及其控制方法。

背景技术

针对精准医疗、军事侦察、险情排除等特殊应用以及危险、狭窄空间等多变环境对机器人提出的高精细操作的要求，微型移动机器人受益于轻量化、小尺寸和高机动性等优势，在工业检测、微机电组装、微外科手术、生物工程、光学工程和分布式传感器网络等领域有广阔的应用前景。压电驱动器具有质量轻、噪声低、位移精度高、输出力矩大、响应速度快、工作频率宽以及功耗低等优点，成为重要的新型微位移部件。微型压电机器人，通过改变驱动电压、共振频率来控制机器人的运动速度、移动方向，机器人可以完成平面内的直线以及转向运动。

但是由于压电材料在弹性体内激发的是微幅振动，经弹性体放大后，竖直方向的位移很小，不足以越过行进过程中的障碍物，局限于平面内的运动，不具备三维运动或避障功能。柔性机器人由柔性材料加工而成，自身可连续变形，与刚性机器人相比具有更高的柔顺性、安全性和适应性，利用材料的变形特性，将超弹性材料或智能材料通过结构设计，改变材料的变形方向从而产生弯曲甚至复杂的三维运动。虽然柔性机器人自由度高，运动灵活，可根据周围的环境主动或者被动地改变自身的形态，但是柔性材料制成的柔性机器人负载低、刚度差、强度低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于压电驱动的柔性机器人及其控制方法，将压电驱动技术与柔性机构控制技术相结合，利用压电作动器精密驱动特性，以及柔性机构大变形的优势，实现压电驱动控制下的平面运动，以及柔性机构辅助的越障功能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于压电驱动的柔性机器人，包括PVC薄膜、第一至第六驱动足、第一至第二形状记忆合金弹簧、以及两组形状记忆合金丝；

所述第一、第二形状记忆合金弹簧均设置在所述PVC薄膜上表面，两端均和所述PVC薄膜固连、呈拉伸状态，且第一、第二形状记忆合金弹簧垂直相交；

所述第一形状记忆合金弹簧的两端均设有一组用于加热的导线，所述第二形状记忆合金弹簧的两端各设一根导线、形成一组用于加热的导线，所述第一、第二形状记忆合金弹簧均用于在受热时收缩以带动所述PVC薄膜弯曲；

所述两组形状记忆合金丝均设置在所述PVC薄膜的下表面，分别位于第一、第二形状记忆合金弹簧处的正下方，两端分别接外部电流，用于在通电受热时使得弯曲的PVC薄膜恢复为原状；

所述第一至第六驱动足均采用压电双晶片，一端为振动端、另一端和所述PVC薄膜固连；

所述第一至第六驱动足均接外部驱动信号，用于通过振动产生前驱力；

所述第一、第二驱动足设置在所述第一形状记忆合金弹簧的一端，第三、第四驱动足设置在所述第一形状记忆合金弹簧的另一端；

所述第五、第六驱动足分别设置在所述第二形状记忆合金弹簧的两端；