一种SMA弹簧致动的双轮机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种SMA弹簧致动的双轮机器人，本发明专利技术不同于传统的用电机驱动，利用了SMA弹簧致动，双轮机器人的每个车轮内有四个圆柱管组成的十字形的结构，每一个圆柱管内都有一条SMA弹簧，一端固定在车轮质心，一端连接一个圆柱形重物，该圆柱形重物刚好能放进圆柱管里面，并且能够在里面滑动。利用SMA弹簧具有加热能够伸长，不加热可以恢复原状的特性，加热时，SMA弹簧伸长带动圆柱形重物在空心管内发生位移，偏离车轮质心，使车轮重心发生改变，使车轮发生滚动。

A Twin-Wheeled Robot Actuated by SMA Spring

The invention discloses a two-wheeled robot actuated by SMA spring, which is different from the traditional motor-driven one. The SMA spring is used to actuate the two-wheeled robot. Each wheel of the two-wheeled robot has a cross-shaped structure consisting of four cylindrical tubes. Each cylindrical tube has a SMA spring, one end is fixed in the center of mass of the wheel, and the other end is connected with a cylindrical weight. The cylindrical weight is just right. It can be put into a cylindrical tube and slides in it. SMA springs have the characteristics that heating can elongate and not heating can restore the original shape. When heating, SMA springs elongation drives cylindrical weight to displace in the hollow tube and deviate from the center of mass of the wheel, so that the center of gravity of the wheel changes and the wheel rolls.

【技术实现步骤摘要】
一种SMA弹簧致动的双轮机器人
本专利技术涉及双轮机器人
，更具体地，本专利技术涉及一种SMA弹簧致动的双轮机器人。
技术介绍
双轮机器人是近年机器人科学中热点研究的技术之一，鉴于其构造相对简单、行动自如,能自由穿梭于各种环境及空间,因此在多个领域有着广泛的应用。目前双轮机器人主要是依靠电机来驱动，一方面是驱动结构较为复杂，占用空间大，另外一方面噪音较大，给室内环境造成噪音污染，干扰到人的正常工作和休息。利用SMA弹簧作为驱动器，这类驱动器有输出位移大,电热驱动结构简单的优点，SMA(形状记忆合金)弹簧具有加热能够伸长，不加热可以恢复原状的特性，当加热时，SMA就会伸长，不加热时，就会恢复原状。SMA驱动器分为单程驱动器和双程驱动器。SMA单程驱动器一次性动作,不能自动恢复到加热前的状态，而双程驱动器可以实现反复动作，适合作为驱动器。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷与不足，本专利技术提供了一种SMA弹簧致动的双轮机器人，使用SMA双程驱动器驱动，利用SMA弹簧具有加热能够伸长，不加热可以恢复原状的特性，有效解决了现有技术的缺陷，具有噪音小、结构简单、操作方便、移动灵活的特点。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术公开了一种SMA弹簧致动的双轮机器人，包括两个车轮、连接杆和轴承，所述连接杆的两端分别连接一个轴承，所述轴承分别设置在两个车轮上；所述车轮内部设有四个空心管组成的十字形结构，每个空心管内部分别设有一条SMA弹簧，所述SAM弹簧一端固定在车轮质心处，另一端连接有一重物模块，所述重物模块可在空心管内滑动；每一个SMA弹簧均连接一个外部控制系统，所述外部控制系统包括用于发出控制指令的PC机、用于提供电源的电源模块、用于数据接收并处理发送的微控制器、用于加热SMA弹簧的加热丝、用于控制加热丝通断电的继电器和用于监测SMA弹簧温度的传感器，所述PC机与微控制器相连，所述微控制器与四个继电器相连，每个继电器连接一根加热丝，所述加热丝由电源模块供电，每根加热丝连接一条SMA弹簧，所述SMA弹簧通过传感器与微控制器连接，当微控制器发出一个控制SMA弹簧的信号时，与对应SMA弹簧相连的继电器闭合，加热丝通电加热，对应的SMA弹簧被加热而伸长，推动重物模块在空心管内发生位移，从而改变车轮的重心，控制车轮滚动。作为优选的技术方案，所述空心管为圆柱形，所述重物模块也为圆柱形，所述重物模块可在圆柱形空心管内自由滑动。作为优选的技术方案，所述SMA弹簧的两端的固定连接是用螺丝固定。作为优选的技术方案，所述车轮为通过橡胶制成的车轮。作为优选的技术方案，还包括轴承座，所述轴承安装在轴承座上，所述轴承座通过螺钉固定在车轮上。作为优选的技术方案，还包括机器人外壳，所述机器人外壳设置在连接杆上，所述机器人外壳为铝制材料的外壳。作为优选的技术方案，所述微控制器采用Arduino微控制器。本专利技术还提供一种SMA弹簧致动的双轮机器人的控制方法，包括下述步骤：PC机发送控制指令至微控制器处理；处理后的控制指令传至继电器，控制继电器的开、关状态；继电器闭合时，加热丝通电加热，与加热丝相连的SMA弹簧被加热；SMA弹簧温度监测数据通过温度传感器传至微控制器；SMA弹簧因加热伸长，带动所述重物模块在车轮空心管里发生位移，重物模块偏离车轮质心，改变所述双轮机器人的车轮重心，使车轮发生滚动。作为优选的技术方案，所述改变所述双轮机器人的车轮重心，使车轮发生滚动步骤中，车轮滚动的方式包括直线前进和后退，具体为：微控制器发送相同频率的高电平指令至继电器，控制继电器闭合；加热丝通电加热，与加热丝相连的SMA弹簧被加热丝加热；按照相同顺序循环控制加热两个车轮的SMA弹簧，两个车轮产生同步的重心偏移，两个车轮运动速度相同，产生直线向前或者后退滚动。作为优选的技术方案，所述步骤中车轮滚动的方式包括向左转弯和向右转弯，具体为：微控制器发送不同频率的高电平指令至继电器，控制继电器闭合；加热丝通电加热，与加热丝相连的SMA弹簧被加热丝加热；按照相同顺序循环控制加热两个车轮的SMA弹簧，两个车轮产生不同步的重心偏移，两个车轮运动速度不同，左轮速度大于右轮时，向右转弯，左轮速度小于右轮时，向左转弯。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术的SMA弹簧致动的双轮机器人通过SMA弹簧驱动重物模块来进行致动，相对于传统双轮机器人依靠电机驱动的方式，具有噪音小的优点。(2)本专利技术的SMA弹簧致动的双轮机器人采用一种新型的驱动方式，利用SMA双程驱动器来提供动力，结构简单，利用车轮的重心改变来使车轮发生滚动，从而实现双轮机器人的运动，机器人可以走直线，可以转弯，可以前进后退等，控制灵活，操作方便。附图说明图1是本专利技术双轮机器人中单个车轮示意图；图2是本专利技术双轮机器人的立体正视示意图；图3是本专利技术双轮机器人中轴承座结构示意图；图4是本专利技术双轮机器人中轴承结构示意图；图5是本专利技术外部控制系统结构示意图。其中，1—圆柱管；2—圆柱形重物；3—SMA弹簧；4—车轮质心；5—车轮；6—轴承；7—连接杆；8—轴承座。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1和图2所示，本实施例的SMA弹簧致动的双轮机器人，包括两个车轮5、轴承6、连接杆7和轴承座8，连接杆7的两端分别连接一个轴承6(轴承的机械结构示意图如图4所示)，轴承6分别设置在两个车轮5上，轴承6安装在轴承座8上，所述轴承座8通过螺钉固定在车轮5上。车轮5可以采用橡胶材料制成。车轮5内部设有四个圆柱管1组成的十字形结构，每个圆柱管1内部分别设有一条SMA弹簧3，SAM弹簧3一端用螺丝连接固定在车轮质心4处，另一端用螺丝固定连接一个圆柱形重物2，圆柱型重物2可在圆柱管内自由滑动，每一个SMA弹簧3均连接一个外部控制系统，如图5所示，外部控制系统包括用于发出控制指令的PC机、用于提供电源的电源模块、用于数据接收并处理发送的微控制器、用于加热SMA弹簧的加热丝、用于控制加热丝通断电的继电器和用于监测SMA弹簧温度的传感器，所述PC机与微控制器相连，所述微控制器与继电器相连，所述加热丝与继电器、电源模块相连，所述SMA弹簧与加热丝、传感器相连，所述传感器与微控制器相连，控制指令由PC机发出，发送到微控制器处理，然后由微控制器向4个继电器发出信号，控制继电器的开关。当继电器闭合时，电源模块就会给加热丝通电流，加热丝发热，进而加热SMA弹簧，从而实现SMA弹簧的伸长，推动圆柱形重物在圆柱管内发生位移，从而改变车轮的重心，控制车轮滚动。每个SMA弹簧都有一个温度传感器，用来监测SMA弹簧的温度，并向微控制器提供温度数据，所述微控制器是arduino微控制器。本实施例中，所述外部控制系统是外置的，而不是放在机器人里面，这样就保证了车轮质心的稳定。机器人的机械结构还包括有金属外壳，外壳设置在连接杆上，可以用质量比较轻的材料来做机器人的外壳结构，比如铝制材料。本实施例的SMA弹簧致动装置使用SMA双程驱动器驱动的控制方法，具体包括下述步骤：PC机发送控制指令至微控制器处理；控制指令本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SMA弹簧致动的双轮机器人，其特征在于，包括两个车轮、连接杆和轴承，所述连接杆的两端分别连接一个轴承，所述轴承分别设置在两个车轮上；所述车轮内部设有四个空心管组成的十字形结构，每个空心管内部分别设有一条SMA弹簧，所述SAM弹簧一端固定在车轮质心处，另一端连接有一重物模块，所述重物模块可在空心管内滑动；每一个SMA弹簧均连接一个外部控制系统，所述外部控制系统包括用于发出控制指令的PC机、用于提供电源的电源模块、用于数据接收并处理发送的微控制器、用于加热SMA弹簧的加热丝、用于控制加热丝通断电的继电器和用于监测SMA弹簧温度的传感器，所述PC机与微控制器相连，所述微控制器与四个继电器相连，每个继电器连接一根加热丝，所述加热丝由电源模块供电，每根加热丝连接一条SMA弹簧，所述SMA弹簧通过传感器与微控制器连接，当微控制器发出一个控制SMA弹簧的信号时，与对应SMA弹簧相连的继电器闭合，加热丝通电加热，对应的SMA弹簧被加热而伸长，推动重物模块在空心管内发生位移，从而改变车轮的重心，控制车轮滚动。

【技术特征摘要】
1.一种SMA弹簧致动的双轮机器人，其特征在于，包括两个车轮、连接杆和轴承，所述连接杆的两端分别连接一个轴承，所述轴承分别设置在两个车轮上；所述车轮内部设有四个空心管组成的十字形结构，每个空心管内部分别设有一条SMA弹簧，所述SAM弹簧一端固定在车轮质心处，另一端连接有一重物模块，所述重物模块可在空心管内滑动；每一个SMA弹簧均连接一个外部控制系统，所述外部控制系统包括用于发出控制指令的PC机、用于提供电源的电源模块、用于数据接收并处理发送的微控制器、用于加热SMA弹簧的加热丝、用于控制加热丝通断电的继电器和用于监测SMA弹簧温度的传感器，所述PC机与微控制器相连，所述微控制器与四个继电器相连，每个继电器连接一根加热丝，所述加热丝由电源模块供电，每根加热丝连接一条SMA弹簧，所述SMA弹簧通过传感器与微控制器连接，当微控制器发出一个控制SMA弹簧的信号时，与对应SMA弹簧相连的继电器闭合，加热丝通电加热，对应的SMA弹簧被加热而伸长，推动重物模块在空心管内发生位移，从而改变车轮的重心，控制车轮滚动。2.根据权利要求1所述的SMA弹簧致动的双轮机器人，其特征在于，所述空心管为圆柱形，所述重物模块也为圆柱形，所述重物模块可在圆柱形空心管内自由滑动。3.根据权利要求1所述的SMA弹簧致动的双轮机器人，其特征在于，所述SMA弹簧的两端的固定连接是用螺丝固定。4.根据权利要求1所述的SMA弹簧致动的双轮机器人，其特征在于，所述车轮为通过橡胶制成的车轮。5.根据权利要求1所述的SMA弹簧致动的双轮机器人，其特征在于，还包括轴承座，所述轴承安装在轴承座上，所述轴承座通过螺钉固定在车轮上。6.根据权利要求1所述的SMA弹簧致动的双轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴羽，许志鹏，肖俊龙，黄文恺，李志强，黄声，胡威，黄伙球，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44