[发明专利]一种机器蛙人、手爪组件及基于预载力差分驱动的驱动器

说明书

本发明涉及一种机器蛙人、手爪组件及基于预载力差分驱动的驱动器，属于机器人技术领域。其中，驱动器为记忆合金丝驱动器，包括支架及可沿第一方向移动地安装在支架上的动子；在动子的前后两侧上各布设有一个紧拉驱动器；紧拉驱动器包括形状记忆合金丝、预载用弹性机构及预载连接件；沿第一方向，预载连接件可在靠近动子的第一位置与远离动子的第二位置间往复移动；形状记忆合金丝的一端与动子固连，另一端与预载连接件固连；预载用弹性机构的弹性恢复力用于迫使预载连接件由第一位置移至第二位置。以基于对其仿人机械臂上的抓取驱动机构的结构改进，能有效平衡抓取或释放过程中的响应速度与能耗，可广泛应用于机器人、深海探测等技术领域。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域；具体地说，涉及一种机器蛙人，可用于构建该机器蛙人的手爪组件，及可用于构建该手爪组件的记忆合金丝驱动器。

背景技术

随着对海洋的探索与认识的深入，开发和利用海洋资源成为主旋律，在复杂多变的海洋环境中，水下机器人将成为开发海洋资源过程中必不可少的设备；例如近年来随着海洋核电、海上风电、海洋石油等重大海洋资源的开发利用得到迅猛的发展，水下装备的精准施工安装以及安全运行维护的需求急剧增长。但对于部分作业任务，仍需依赖于经验丰富的潜水员来完成，而潜水员工作存在着风险大难度高的致命缺点，并且只能在较好海况下进行作业，且在水深超过350米后，潜水员将无法再进行下潜作业。

科学家为了提高作业安全，不断地研发出机器蛙人，这些机器蛙人主要是基于仿人机械臂进行工作，例如专利号为JPH08240689的专利文献所公开的类人机器人，即机器蛙人，虽然他们由于仿人结构，而能使用他们完成部分精细工作，但由于其手掌组件为采用手指气缸等夹持机构进行构建，容易对操作物造成损伤，且需要在抓握过程中进行精准的位置控制。

为了解决上述问题，本申请人在公开号为CN111152244A的专利文献中公开了一种机器蛙人，该机器蛙人包括机身及安装在该机身上的仿人机械臂，该仿人机械臂包括肩关节、大臂、肘关节、小臂及通过腕关节与小臂的末端连接的手掌组件。在该专利文献中，其手掌组件为基于形状记忆合金丝进行工作，并对驱动机构的结构进行改进，能在提高指节动作响应速度的同时，有效地缩短其合金丝的有效长度。

如上述专利文献等已公开的现有技术内容可知，现有技术中存在较多的利用形状记忆合金丝进行驱动的手爪组件或者其他由合金丝驱动器所驱动的作业机构，但是它们均存在以下问题：对形状记忆合金丝加热之后的复位通常基于复位弹簧的复位力，但实际的复位速度取决于形状记忆合金丝的冷却变相速度，难以获得较高的响应速度；从而在实际设计过程中存在响应速度与能耗这一矛盾，即记忆合金丝在水中可以获得更好的冷却效果，这有助于它获得更高的运动速度，但过快的冷却会导致加热过程中存在严重的能源浪费，而保温处理可以减少能源浪费，但也会使冷却速度再次降低。

此外，在水下环境中，由形状记忆合金丝所构建的驱动器存在不易密封的问题；及现有机器蛙人的仿人机械臂通常为通过肘关节机构而驱使两臂结构及臂与机身或手掌组件之间的相对转动，导致其难以像人手臂一样进行扭转动作，而无法实现较为灵活的动作。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种机器蛙人，以基于对其仿人机械臂上的抓取机构的结构改进，能有效平衡抓取或释放过程中的响应速度与能耗；

本发明的第二目的是提供一种基于结构改进的驱动器结构所构建的机器蛙人，而能有效地简化记忆合金丝的密封问题；

本发明的第三目的是提供一种基于结构改进的仿人机械臂的机器蛙人，以提高其手臂操作的灵活性，且能简化对手臂扭转动作的控制方法；

本发明的第四目的是提供能用于构建上述机器蛙人的手爪组件与记忆合金丝驱动器。