一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂，在机器人手臂上设置有SMA弹簧驱动装置，SMA弹簧驱动装置中设置有四根SMA弹簧和弹簧，四根SMA弹簧均连接有控制系统，室温下弹簧处于拉伸状态，四根SMA弹簧处于压缩状态，控制系统对相应的SMA弹簧进行加热，随着温度的升高，SMA弹簧的刚性系数变大，SMA弹簧将恢复原本的形状，从而克服了弹簧的作用力，实现对机器人手臂的控制，给四根SMA弹簧不同的加热温度，使四根SMA弹簧刚性系数产生不同，使每根SMA弹簧的伸长量不同，从而使SMA弹簧驱动装置发生偏转，实现对零件小范围内的加工，同时SMA弹簧驱动装置结构简单，成本低，噪声小，不会对环境造成污染，是代替液压驱动和电机驱动的最佳选择。

A robot arm driven by shape memory alloy

【技术实现步骤摘要】
一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂
本技术涉及机器人领域，具体为一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂。
技术介绍
机器人手臂是在机械领域中应用最广泛的自动化机械装置，机器人手臂接收指令，通过旋转、平移和伸缩来实现零件的加工，现有技术中的机器人手臂都是通过液压系统和电机来实现驱动，而电机和液压系统驱动机器人手臂噪声大，在工厂中往往会配置多台机器人手臂进行加工，进一步的增大了噪声，使工作环境变得恶劣，同时噪声对身体有一定的损害，因此减小机器人手臂带来的噪声一直是需要攻克的难题，同时液压系统需要提供压力油泵，驱动源复杂，成本高，液压系统内的油液易泄露造成环境污染，要实现液压智能化控制，必须经过电-液、电-气转换元件，转换环节复杂，信号传输滞后，因此，我们需要寻找新的驱动装置来替代液压系统和电机的驱动。形状记忆合金(SMA)是一种具有形状记忆效应(SME)，集驱动、感知和执行于一体，输入热量即可对外做功的新型智能材料，近年来得到了较快发展。所谓形状记忆效应，是指预先给SMA材料一定量的塑性变形，而后加热SMA至某一温度，由于内部晶体结构发生变化，SMA将克服塑性变形回复到原来形状。在收缩过程中将产生巨大的回复应力，因此可以将其作为驱动力应用到驱动器中。与传统驱动方式相比，以Ti-Ni合金为代表的形状记忆合金具有功率/质量比高、回复位移大(约8％)、回复应力大(约800MPa)、驱动电压低的特点。由于只需提供热量即可驱动，产生的回复应力和回复位移可直接作用在工作部件上，减少了中间传动机构，因此利用Ti-Ni合金可逆应力、应变效应的特点，但现有技术中未能将形状记忆合金运用到机器人手臂上，因此需利用形状记忆合金设计新的驱动装置运用在机器人手臂上。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂，在机器人手臂上设置有SMA弹簧驱动装置，SMA弹簧驱动装置中设置有四根SMA弹簧和弹簧，四根SMA弹簧均连接有控制系统，室温下弹簧处于拉伸状态，四根SMA弹簧处于压缩状态，控制系统对相应的SMA弹簧进行加热，随着温度的升高，SMA弹簧的刚性系数变大，SMA弹簧将恢复原本的形状，从而克服了压缩状态，使SMA弹簧驱动装置伸长，对四根SMA弹簧施加相同的温度，实现对机器人手臂的升降，给四根SMA弹簧不同的加热温度，使四根SMA弹簧刚性系数产生不同，从而使每根SMA弹簧的恢复量不同，从而使SMA弹簧驱动装置发生偏转，实现机器人手臂的偏转，同时SMA弹簧驱动装置结构简单，成本低，噪声小，不会对环境造成污染，是代替液压驱动和电机驱动的最佳选择。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂，包括机器人手臂，所述机器人手臂包括SMA弹簧驱动装置；所述SMA弹簧驱动装置包括外壳、活动挡板、固定挡板、弹簧、两个弹簧片和四根SMA弹簧，四根所述SMA弹簧呈圆周分布，四根所述SMA弹簧的两端分别固定在所述活动挡板和固定挡板上，两个所述弹簧片对称设置在所述固定挡板和活动挡板之间，且两端分别与所述固定挡板和活动挡板固定，所述弹簧的两端分别固定在所述固定挡板和活动挡板的中心，所述外壳的两端分别与所述活动挡板和固定挡板固定，所述固定挡板远离所述活动挡板的一端固定有连接体；所述机器人手臂还包括包括固定底座、套筒、小臂、连接板、大臂固定座和机械爪，所述固定底座上设置有所述套筒，所述套筒的上端面固定有所述连接板，所述连接板上通过螺栓固定有所述大臂固定座，所述小臂与所述活动挡板通过销轴连接，所述连接体固定在所述大臂固定座上，所述小臂远离所述连接体的一端设置有所述机械爪。通过对SMA弹簧加热，从而增大SMA弹簧的刚性系数，使SMA弹簧克服弹簧的回复力而伸长。对四根SMA弹簧施加相同的温度，从而实现机器人升降，对四根SMA弹簧加热不同的温度，使四根SMA弹簧伸长长度不同，从而实现机器人手臂的偏转。SMA弹簧驱动装置取代液压驱动和电机驱动，使机器人手臂具有无噪声、无污染、成本低的优点。进一步地，所述弹簧室温状态下处于拉伸状态，四根所述SMA弹簧室温状态下处于压缩状态。室温状态下弹簧和SMA弹簧的回复力作用相反，大小相等，当对SMA弹簧加热后，SMA弹簧的刚性系数增大，从而克服弹簧的回复力，使SMA弹簧驱动装置伸长，当SMA弹簧温度降低后，刚性系数减小，导致SMA的回复力小于弹簧的回复力，使SMA弹簧回复到最初状态。进一步地，还包括SMA弹簧伸缩装置，所述SMA弹簧伸缩装置的一端与所述小臂采用销轴连接，另一端固定在所述大臂固定座上。进一步地，所述SMA弹簧伸缩装置包括活动挡板a、固定挡板a、弹簧a、两根导向杆a、两根SMA弹簧a和伸缩套筒，所述伸缩套筒的两端分别与所述活动挡板a和所述固定挡板a固定，所述活动挡板a和所述固定挡板b的中心均固定有所述导向杆a，所述弹簧a套设在两根所述导向杆a上，且两端分别与所述活动挡板a和所述固定挡板a固定，两根所述SMA弹簧a的两端分别与所述活动挡板a和所述固定挡板a固定，且两根所述SMA弹簧a关于所述导向杆a对称设置。SMA弹簧伸缩装置配合SMA弹簧驱动装置实现对机器人手臂升降的微调。进一步地，所述弹簧a室温状态下处于拉伸状态，两根所述SMA弹簧a室温状态下处于压缩状态。进一步地，还包括半导体制冷片，两根所述SMA弹簧a的一端均连接有所述半导体制冷片。所述半导体制冷片用于对SMA弹簧a的加热和冷却，实现SMA弹簧的伸长和压缩。进一步地，还包括控制系统，所述控制系统设置在所述连接体内，四根所述SMA弹簧均连接有所述控制系统。进一步地，所述控制系统包括PC机、电源、控制器、四根加热丝、四个继电器和四个温度传感器，所述PC机与所述控制器电性连接，所述控制器与四个所述继电器电连，四个所述继电器均连接有所述加热丝，四根所述加热丝由所述电源供电，四根所述加热丝分别与四根所述SMA弹簧连接，四根所述SMA弹簧均连接有所述温度传感器，四个所述温度传感器均与所述控制器电性连接。实现控制系统对四根SMA弹簧进行控制，使操作更加简单，同时也使SMA弹簧驱动装置更加精确可控。本技术的有益效果是：一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂，在机器人手臂上设置有SMA弹簧驱动装置，SMA弹簧驱动装置中设置有四根SMA弹簧和弹簧，四根SMA弹簧均连接有控制系统，室温下弹簧处于拉伸状态，四根SMA弹簧处于压缩状态，控制系统对相应的SMA弹簧进行加热，随着温度的升高，SMA弹簧的刚性系数变大，SMA弹簧将恢复原本的形状，从而克服了弹簧的回复力，从而使SMA弹簧驱动装置伸长或者弯曲。对四根SMA弹簧施加相同的温度，实现对机器人手臂的升降，给四根SMA弹簧不同的加热温度，使四根SMA弹簧刚性系数产生不同，从而使每根SMA弹簧的回复力不同，从而使SMA弹簧驱动装置发生偏转，实现机器人手臂的偏转，实现对零件小范围内的加工，同时SMA弹簧驱动装置结构简单，成本低，噪声小，不会对环境造成污染，是代替液压驱动和电机驱动的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂，其特征在于，包括机器人手臂（2），所述机器人手臂（2）包括SMA弹簧驱动装置（1）；/n所述SMA弹簧驱动装置（1）包括活动挡板（11）、固定挡板（12）、弹簧（14）、两个弹簧片（13）和四根SMA弹簧（15），四根所述SMA弹簧（15）呈圆周均布，四根所述SMA弹簧（15）的两端分别固定在所述活动挡板（11）和固定挡板（12）上，两个所述弹簧片（13）对称设置在所述固定挡板（12）和活动挡板（11）之间，两个所述弹簧片（13）的两端分别与所述固定挡板（12）和活动挡板（11）固定，所述弹簧（14）的两端分别固定在所述固定挡板（12）和活动挡板（11）的中心，所述固定挡板（12）远离所述活动挡板（11）的一端固定有连接体（16）；/n所述机器人手臂（2）还包括固定底座（21）、套筒（22）、小臂（27）、连接板（28）、大臂固定座（29）和机械爪（30），所述固定底座（21）上设置有所述套筒（22），所述套筒（22）的上端面固定有所述连接板（28），所述连接板（28）上通过螺栓固定有所述大臂固定座（29），所述连接体（16）固定在所述大臂固定座（29）上，所述小臂（27）与所述活动挡板（11）通过销轴连接，所述小臂（27）远离所述活动挡板（11）的一端设置有所述机械爪（30）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂，其特征在于，包括机器人手臂（2），所述机器人手臂（2）包括SMA弹簧驱动装置（1）；
所述SMA弹簧驱动装置（1）包括活动挡板（11）、固定挡板（12）、弹簧（14）、两个弹簧片（13）和四根SMA弹簧（15），四根所述SMA弹簧（15）呈圆周均布，四根所述SMA弹簧（15）的两端分别固定在所述活动挡板（11）和固定挡板（12）上，两个所述弹簧片（13）对称设置在所述固定挡板（12）和活动挡板（11）之间，两个所述弹簧片（13）的两端分别与所述固定挡板（12）和活动挡板（11）固定，所述弹簧（14）的两端分别固定在所述固定挡板（12）和活动挡板（11）的中心，所述固定挡板（12）远离所述活动挡板（11）的一端固定有连接体（16）；
所述机器人手臂（2）还包括固定底座（21）、套筒（22）、小臂（27）、连接板（28）、大臂固定座（29）和机械爪（30），所述固定底座（21）上设置有所述套筒（22），所述套筒（22）的上端面固定有所述连接板（28），所述连接板（28）上通过螺栓固定有所述大臂固定座（29），所述连接体（16）固定在所述大臂固定座（29）上，所述小臂（27）与所述活动挡板（11）通过销轴连接，所述小臂（27）远离所述活动挡板（11）的一端设置有所述机械爪（30）。


2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂，其特征在于，所述弹簧（14）室温状态下处于拉伸状态，四根所述SMA弹簧（15）室温状态下处于压缩状态。


3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的机器人手臂，其特征在于，还包括SMA弹簧伸缩装置（3），所述SMA弹簧伸缩装置（3）的一端与所述小臂（27）采用销轴连接，所述SMA弹簧伸缩装置（3）的另一端固定在所述大臂固定座（29）上。


4.根据权利要求3所述的一种基于形状记忆合...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢一首，
申请(专利权)人：谢一首，
类型：新型
国别省市：福建;35