[发明专利]一种形状记忆合金驱动的张拉整体仿生机器鱼

说明书

本发明涉及机器人技术领域，公开了一种形状记忆合金驱动的张拉整体仿生机器鱼，包括鱼头、尾鳍、鱼骨及驱动器，鱼头与尾鳍是基于鱼形流线构型的仿生鱼机构支承元件，鱼头、鱼骨与尾鳍依次连接固定构成仿生机器鱼机构主体，鱼骨机构为张拉整体机构，由基于鱼骨形态的四面体单元组成，每个四面体单元上分别由两个水平方向的驱动单元、两个竖直方向的固定单元、四个空间菱形的支撑单元连接至下一四面体单元构成鱼骨机构，驱动系统为基于形状记忆合金驱动的嵌入式鱼骨机构驱动系统，由螺旋形状记忆合金驱动装置，控制器以及控制电路组成，本发明解决了现有仿生机器鱼在满足轨迹规划下，机构轻质化程度低，分段驱动挑战以及驱动部署的瓶颈问题。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体是指一种形状记忆合金驱动器的张拉整体仿生机器鱼。

背景技术

仿生机器人研制技术是机器人学研究领域的重点研究领域。目前仿生机器人的轻质化、分段驱动策略以及多控制器部署方案是该领域研究的瓶颈问题。首先，仿生机器人常作为人类自然界前沿探索的重要方式，由于其特殊的工作环境，及能量储存方式的限制，对机构的轻质化与柔性化具有极高的要求；其次仿生机构继承生物结构柔性驱动的特点，具有多个并联且具有功率异性的驱动器，故对控制器的分段驱动具有较高需求；再次，由于常规电机驱动形式天然存在的体积大，结构复杂的问题，天然存在多控制器的部署方式的问题。

由以上仿生机器鱼发展所存在的问题可知，如何增加放生机器鱼的轻质化程度，优化驱动系统方案，提高系统的稳定性与可靠性，渐渐成为机器人领域中亟待解决的重要问题之一，尾鳍的摆动是放生机器鱼游动的主运动，在该运动过程中，各关节的转动角度各不相同具有运动相异性，并且，多关节运动要求机构具有多个驱动器，如何在轻质化的条件下布置具有不同运动特性的驱动器，也一直是放生机器鱼研发的重点。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提出一种形状记忆合金驱动的张拉整体仿生机器鱼，解决了现有仿生鱼机构在满足轨迹规划下，机构轻质化程度低，分段驱动的挑战以及驱动器部署瓶颈的问题。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种形状记忆合金驱动的张拉整体仿生机器鱼，包括鱼头、鱼骨、尾鳍和驱动器，所述鱼头与首个张拉整体结构单元固结，所述尾鳍与最后一个张拉整体结构单元固结形成张拉整体放生机器鱼的主体部分，所述鱼骨为由张拉整体结构单元的类鱼骨构型四面体结构组成的张拉整体结构，所述驱动器为形状记忆合金驱动器，所述驱动器与鱼骨部分分由紧固螺钉添加约束。

进一步地，所述张拉整体结构单元由五个四面体张拉整体结构单元阵列构成，所述张拉整体结构单元水平方向与驱动器连接部分设有螺孔，利用紧固螺钉固定形状记忆合金驱动器。

进一步地，所述张拉整体结构单元各结构单元之间连接方式为：所述张拉整体结构单元水平方向由关于竖直基准面对称的形状记忆合金I、形状记忆合金II、形状记忆合金III、形状记忆合金IV、形状记忆合金V、形状记忆合金VI、形状记忆合金VII、形状记忆合金VIII连接而成，所述张拉整体结构单元竖直方向由关于水平基准面对称的低刚度竖直连接绳索I、竖直连接绳索II连接，所述张拉整体结构单元内部空间由空间菱形连接绳索连接而成。

进一步地，所述形状记忆合金采用螺旋形布置。

进一步地，所述驱动器组成为：形状记忆合金I、形状记忆合金II、形状记忆合金III、形状记忆合金IV由导线I串联构成内环路，形状记忆合金V、形状记忆合金VI、形状记忆合金VII、形状记忆合金VIII由导线II串联构成外环路，内外环路关系为并联，由导线III连接至控制电路中，所述控制电路包括基于mos管的调压电路以及逻辑开关组成，所述控制信号由控制器给出，所述电源提供供电。

进一步地，所述鱼头机构端面下半部分用于固定控制器与控制电路，所述鱼头机构端面上半部分存在沉孔用于嵌入电源。