形状记忆合金执行器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种形状记忆合金执行器，包括固定板，还包括执行机构，其PCB板通过金属螺钉与所述固定板固定连接，执行机构连接驱动单元，接收驱动单元的驱动信号，驱动信号控制执行机构运动，带动反馈机构的金属滑块移动；驱动单元，设置于PCB板的一侧，用于向执行机构发出驱动信号；反馈机构，其金属滑块通过金属螺钉与执行机构固定连接，通过测量阻值的变化来记录形状记忆合金执行器的位移参数。本实用新型专利技术驱动能力强、结构简单，具有价格低，重量轻，控制简单的优点，采用模块化设计形式，易于维护，同时执行器带有位置保护以及位移反馈功能，能够准确的记录形状记忆合金的驱动位移，可独立作为一种机器人动力执行装置，应用于柔性仿生机器人设计中。

Shape Memory Alloy Actuator

The utility model relates to a shape memory alloy actuator, which comprises a fixed plate and an actuator. The PCB plate is fixed and connected with the fixed plate through a metal screw. The actuator connects the driving unit, receives the driving signal of the driving unit, drives the signal to control the movement of the actuator and drives the metal slider of the feedback mechanism. The driving unit is arranged on one side of the PCB plate. It is used to send driving signals to the actuator, and the metal slider of the feedback mechanism is fixed connected with the actuator through the metal screw, and the displacement parameters of the SMA actuator are recorded by measuring the change of resistance value. The utility model has the advantages of strong driving ability, simple structure, low price, light weight and simple control. It adopts modular design form and is easy to maintain. At the same time, the actuator has the function of position protection and displacement feedback, and can accurately record the driving displacement of shape memory alloy. It can be used independently as a power actuator of a robot for the design of flexible bionic robot. Plan.

【技术实现步骤摘要】
形状记忆合金执行器
本技术涉及柔性仿生机器人驱动领域，具体地说是一种形状记忆合金执行器。
技术介绍
形状记忆合金是一种新型柔性智能材料，经塑形后可通过加热的方式使其收缩，从而提供驱动力。同时，该智能材料具有记忆功能，其弹性形变量的大小可随温度的变化而变化，且该过程可以重复实现。因此，根据形状记忆合金丝的这一记忆特性以及其功率密度高，柔顺性强，低噪声的特点，常被应用于仿生机器人领域，作为机器人的动力机构。相对于传统电机驱动以及气动人工肌肉等驱动方式，形状记忆合金执行器具有体积更小、重量更轻的优点。然而，对于目前现有的形状记忆合金执行器而言，它们大多以多根记忆合金丝并联牵拉或通过滑轮盘旋牵拉的方式构成，目标是在最小空间内获得更大形状记忆合金丝的驱动行程。但这种方式在机器人实际应用中，受限于形状记忆合金执行器的结构特点，无法满足实际系统的驱动需求。其存在的问题主要集中在以下几个方面：1)形状记忆合金执行器输出行程较小；2)当执行器中出现记忆合金丝熔断的情况下，不易完成更换；3)形状记忆合金执行器非线性特性严重，无反馈结构，控制困难。因此，现有形状记忆合金执行器在目前的柔性仿生机器人应用中仍面临着诸多挑战。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种形状记忆合金执行器，解决形状记忆合金执行器输出行程较小；当执行器中出现记忆合金丝熔断的情况下，不易完成更换以及形状记忆合金执行器非线性特性严重，无反馈结构，控制困难的问题。本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种形状记忆合金执行器，包括固定板，还包括执行机构，其PCB板通过金属螺钉与所述固定板固定连接，执行机构连接驱动单元，接收驱动单元的驱动信号，驱动信号控制执行机构运动，带动反馈机构的金属滑块移动；驱动单元，设置于PCB板的一侧，用于向执行机构发出驱动信号；反馈机构，其金属滑块通过金属螺钉与执行机构固定连接，通过测量阻值的变化来记录形状记忆合金执行器的位移参数。所述执行机构包括若干组串联的连杆机构，每组连杆机构包括一条直线连杆和一条形状记忆合金丝，其中形状记忆合金丝的一端与直线连杆通过卡扣固定夹紧连接，另一端与下一组连杆机构的直线连杆通过卡扣固定夹紧连接；其中，第一组连杆机构中的直线连杆设置凸起部，凸出于PCB板边缘，用于通过金属螺钉与金属滑块固定连接，首位的金属螺钉连接驱动单元的输出端；末组连杆机构中的形状记忆合金丝的末端通过卡扣连接到PCB板上，且接地。所述的执行机构通过记忆合金丝与直线连杆交替串联的方式，既增大了执行器的行程，又节约形状记忆合金丝的数量，节省了成本，同时相对于线性缠绕结构，避免了合金丝拐点的受力，使得记忆合金丝更加耐用；每条直线连杆两端通过金属螺钉与PCB板连接，且金属螺钉与PCB板之间可以相对滑动，在PCB板上设置输入信号连接件，用于连接供电电源、地和控制信号端。采用金属螺钉的结构，使得记忆合金丝可以很好的与线路板相连接，有效的保障了执行器的稳定性；所述卡扣为紫铜毛细管。所述执行机构还包括保护销，为导电金属，其底端连接PCB板，通过PCB走线连接到驱动单元的保护检测端口；当形状记忆合金丝收缩带动第一直线连杆运动到预设最大位置时，第一直线连杆与保护销相接，电路导通。所述驱动单元包括：晶体三极管Q3的基极与控制信号输入端相连接，发射极接地，驱动电阻R31、R32并联，一端与晶体三极管Q3的集电极连接，另一端经由驱动电阻R2与供电电源相连接；MOS管Q1的源极与MOS管Q2的栅极相接，并连接到驱动电阻R2、R31、R32上；MOS管Q1的漏极接供电电源，源极的一端经由电阻与供电电源相连接；另一端经由并联电阻R41、R42连接到保护检测端口SW上；MOS管Q2的漏极与供电电源相连接，源极作为驱动单元的输出端。驱动电路体积小，易于集成，且相应速度快，能够将微弱驱动信号迅速放大，使得形状记忆合金执行器快速启动，同时还具有位置保护功能，防止记忆合金丝因驱动距离过大而发生损坏。所述反馈机构包括：电阻片，放置于固定板的表面；接线柱，设置于电阻片的一端，用于输出当前电阻值；滑动导轨，沿金属滑块滑动方向铺设于电阻片边缘；金属滑块，其底部与电阻片相接，其两端嵌于滑动导轨中，且可在滑动导轨中滑动。所述形状记忆合金丝或直线连杆的运动方向与金属滑块的滑动方向平行。本技术具有以下有益效果及优点：1.本技术所述的执行机构通过记忆合金丝与直线连杆交替串联的方式，既增大了执行器的行程，又节约形状记忆合金丝的数量，节省了成本，同时相对于线性缠绕结构，避免了合金丝拐点的受力，使得记忆合金丝更加耐用；2.采用金属螺钉的结构，使得记忆合金丝可以很好的与线路板相连接，有效的保障了执行器的稳定性；3.记忆合金丝成盘旋结构，在保障输出力的前提下，有效的减小了执行器的体积；4.本技术提供了一种具有快速放大功能驱动电路，电路体积小，易于集成，且相应速度快，能够将微弱驱动信号迅速放大，使得形状记忆合金执行器快速启动，同时还具有位置保护功能，防止记忆合金丝因驱动距离过大而发生损坏；5.本技术实施过程中在形状记忆合金执行器中增加了直线滑动电位器，从而通过电位器的阻值变化来实时记录形状记忆合金的驱动距离，该方法稳定性好，测量精度高，反应灵敏，可以有效的记录位置信息，实现执行器反馈功能，既增强了形状记忆合金执行器的可控性，同时又提高了该执行器的安全性；6.本技术所述的形状记忆合金执行器具有价格低，质量轻，控制实现简单的优点，执行器间各合金丝相互独立，成模块化结构，更易于维护，且稳定性好，能够满足机器人的动力需求，可应用于仿生机器人领域独立作为一种动力机构使用。附图说明图1为本技术的整体结构示意图；图2为本技术的执行机构示意图；图3为本技术的驱动单元电路图；图4为本技术的反馈机构示意图；其中，1为执行机构、1-1为直线连杆、1-2为形状记忆合金丝、1-3为金属螺钉、1-4为卡扣、1-5为PCB板、1-6为保护销、1-7为输入信号连接件、2为驱动单元、3为反馈机构、3-1为固定板、3-2为金属滑块、3-3为电阻片、3-4为滑动导轨、3-5为接线柱。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术做进一步的详细说明。为使本技术的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但本技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。如图1所示，为本技术的整体结构示意图。形状记忆合金执行器包括执行机构1、驱动单元2以及反馈机构3三个部分。其中执行机构1用于实现形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形状记忆合金执行器，包括固定板，其特征在于，还包括执行机构，其PCB板通过金属螺钉与所述固定板固定连接，执行机构连接驱动单元，接收驱动单元的驱动信号，驱动信号控制执行机构运动，带动反馈机构的金属滑块移动；驱动单元，设置于PCB板的一侧，用于向执行机构发出驱动信号；反馈机构，其金属滑块通过金属螺钉与执行机构固定连接，通过测量阻值的变化来记录形状记忆合金执行器的位移参数。

【技术特征摘要】
1.一种形状记忆合金执行器，包括固定板，其特征在于，还包括执行机构，其PCB板通过金属螺钉与所述固定板固定连接，执行机构连接驱动单元，接收驱动单元的驱动信号，驱动信号控制执行机构运动，带动反馈机构的金属滑块移动；驱动单元，设置于PCB板的一侧，用于向执行机构发出驱动信号；反馈机构，其金属滑块通过金属螺钉与执行机构固定连接，通过测量阻值的变化来记录形状记忆合金执行器的位移参数。2.根据权利要求1所述的形状记忆合金执行器，其特征在于：所述执行机构包括若干组串联的连杆机构，每组连杆机构包括一条直线连杆和一条形状记忆合金丝，其中形状记忆合金丝的一端与直线连杆通过卡扣固定夹紧连接，另一端与下一组连杆机构的直线连杆通过卡扣固定夹紧连接；其中，第一组连杆机构中的直线连杆设置凸起部，凸出于PCB板边缘，用于通过金属螺钉与金属滑块固定连接，首位的金属螺钉连接驱动单元的输出端；末组连杆机构中的形状记忆合金丝的末端通过卡扣连接到PCB板上，且接地。3.根据权利要求2所述的形状记忆合金执行器，其特征在于：每条直线连杆两端通过金属螺钉与PCB板连接，且金属螺钉与PCB板之间可以相对滑动，在PCB板上设置输入信号连接件，用于连接供电电源、地和控制信号端。4.根据权利要求2所述的形状记忆合金执行器，其特征在于：所述卡扣为紫铜毛细管。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵新刚，徐壮，赵明，张弼，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁,21