[发明专利]一种基于记忆合金的智能蛇形臂机器人系统

说明书

本发明公开一种基于记忆合金的智能蛇形臂机器人系统，其由蛇形臂、蛇形臂收线模块、驱动模块和远程控制模块组成。蛇形臂是由多个结构相同的蛇形臂关节首尾相连组成，蛇形臂初始状态缠绕于蛇形臂收线模块中；蛇形臂关节由记忆合金，尼龙棒，导线，连接架组成，通过导线向记忆合金的两端施加电压，使得记忆合金本身的温度发生变化，改变记忆合金的伸缩长度，来改变蛇形臂关节在整个空间中的位置和姿态。本发明的智能蛇形臂机器人系统可实现控制与驱动相分离，能够远程操控，使得蛇形臂机器人能够适用于医疗，抗灾救援等各种复杂环境。本发明操作简单，具有高精度，智能化，应用场景广泛的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于记忆合金的智能蛇形臂机器人系统，特别涉及基于记忆合金的蛇形臂机器人的设计和控制，属于智能机器人技术领域。

背景技术

近年来，随着机器人相关技术的蓬勃发展，对于机器人的作用范围和作用能力的要求不断提升。传统的机器人由于体积巨大、自由度有限等原因很难应用于环境复杂，空间有限的场景。在这样的研究背景之下，一系列结构精巧、空间自由度高的蛇形臂机器人应运而生，它能够更好地应用于复杂环境，完成很多传统机器人解决不了的问题。蛇形臂机器人的高自由度、灵活度，能够应用于复杂环境的性能，得到了各个行业的广泛关注，与之相关的各项理论和研究蓬勃发展。

当前传统的蛇形臂机器人的驱动方式主要是基于线缆进行拉动，将几根线缆沿着机械臂的轴线方向，按照一定的角度进行布置，通过拉动绳子从而驱动机械臂按照指定的方向进行扭转或弯曲。这样的设计通过使用绳缆来模拟肌肉运动下力的传递方式，根据各绳缆之间相互的配合来实现最终的运动目标。然而，这种使用绳缆驱动的蛇形臂机器人仅仅能够驱动大关节。体型巨大，控制精度低是很多蛇形臂机器人的亟待解决的问题，减小蛇形臂的体积，提升蛇形臂在空间中的控制精度是当前很多高校及研究院重点攻克的领域。

在这样的研究背景之下，一大批新型材料的不断出现，解决了许多传统材料所设计的机器人所解决不了的问题，使得现在基于新型材料所研究制造的机器人在整个机器人领域中迅速发展起来，如：美国哈佛大学仿生机器人实验室的Octobot软体机器人、欧盟的高灵巧、刚度的软体手术机械臂，在国内的北京航空航天大学的章鱼软体触手等都是新型材料和机器人相互结合的例子。在众多的新材料中，记忆合金因其结构简单易于微型化和控制容易，能过直接通过电流加热驱动的优势，在新材料领域迅猛发展。基于以上原因，本发明专利提出一种基于记忆合金的智能蛇形臂机器人系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于记忆合金的智能蛇形臂机器人系统，以解决目前传统机械臂自由度有限和普通蛇形臂的体积大，应用范围窄的问题。

本发明一种基于记忆合金的智能蛇形臂机器人系统，主要包括：蛇形臂、收线模块、驱动模块和远程控制模块。

所述的蛇形臂是由多个结构相同的蛇形臂关节首尾相连组成，蛇形臂初始状态缠绕于蛇形臂收线模块中，蛇形臂的顶端加装有顶部端头；顶部端头一侧连接蛇形臂关节；另一侧安装视觉传感器和携带式执行设备；蛇形臂的另一端设有外接端头，外接端头的一侧连接蛇形臂关节，另一侧与收线模块连接。

其中，所述的蛇形臂关节由记忆合金拉线、尼龙棒、导线、连接架组成。蛇形臂关节两端为连接架，连接架上有两组在圆周方向上相互成120°的孔：一组为三个供导线通过的导线通孔；另一组为三个用来固定记忆合金拉线的记忆合金线孔；在三个记忆合金线孔的上方均有沿蛇形臂关节径向分部的螺纹孔；每根导线正负两端分别与一根记忆合金拉线两端连接后，压紧在上述螺纹孔中；在连接架的中间部分设有中部通孔，尼龙棒穿过中部通孔与连接架相连，并通过锁紧螺母与连接架伸出的外螺纹配合拧紧来固定尼龙棒和连接架，为整个蛇形臂提供刚度。

所述的记忆合金拉线是由双程记忆合金制成的热缩拉线，在拉线受热时收缩，在温度降低时恢复原长。

其中，所述的顶部端头、外接端头，均设有与连接架对应的两组在圆周方向上相互成120°的孔：分别为三个供导线通过的通孔；三个用来固定记忆合金拉线的记忆合金线孔。