一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，包括弯曲装置、夹持装置和控制器；弯曲装置包括柔性体和第一形状记忆合金弹簧，柔性体内设有沿轴向方向的若干通孔，第一形状记忆合金弹簧设于通孔内，且第一形状记忆合金弹簧的两端分别与弯曲装置的两端固定连接，控制器控制输出电流大小和工作时间而控制第一形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，第一形状记忆合金弹簧驱动柔性体在直线到曲线之间变化。本实用新型专利技术采用第一形状记忆合金弹簧的缩短和伸长来控制柔性体的弯曲或竖直，使柔性体能发生向上的挺进动作，从而实现攀爬的动作，并且可以通过控制第一形状记忆合金弹簧的通电或断开，即可控制攀爬的动作，结构简单，控制方便和适应性强。

A SMA driven modular software robot simulating inchworm

【技术实现步骤摘要】
一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人
本技术涉及一种机器人，尤其是指一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人。
技术介绍
在工业、市政建设、农林业等领域中，往往需要机器人进行攀爬作业，这些工作的作业环境具有地形多样的特点，例如，船舶建造、道路照明的维修、果蔬采摘等工作，这就需要机器人具有较强的环境适应性和灵活性。近年来，国内外在攀爬机器人领域进行了很多细致的研究，如WOODY、Shady3D、3DClimber、UT-PCR等优秀的攀爬机器人系统，同时，国内也相继研制出Climbot、Wallbot等攀爬机器人系统，这些机器人系统具有刚性的结构，能够在一些指定的环境中进行攀爬作业。然而，机器人在作业时往往需要与人员、活体生物或脆弱环境进行交互，刚性机器人无法适应多种不同的环境。因此，研制一种能运动灵活精确，且适用于不同作业环境，并能对不同的作业需求进行自由组合的模块化软体攀爬机器人是非常必要的。
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述问题，提供一种结构简单、适应性强和通用性高、控制方便和投入成本低的SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人。该机器人以二自由度弯曲模块作为主体，可以根据作业需求任意改变构型，能扩大软体机器人的应用范围，提高机器人攀爬作业的适应性。本技术的目的可采用以下技术方案来达到：一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，包括弯曲装置，设于弯曲装置两端的夹持装置，以及用于控制弯曲装置和夹持装置的工作状态的控制器；所述弯曲装置包括柔性体和第一形状记忆合金弹簧，所述柔性体内设有沿轴向方向的若干通孔，所述第一形状记忆合金弹簧设于通孔内，且第一形状记忆合金弹簧的两端分别与弯曲装置的两端固定连接，所述控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制第一形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，第一形状记忆合金弹簧驱动柔性体在直线到曲线之间变化。作为一种优选的方案，所述弯曲装置内设有电路板，所述电路板上设有用于测量电路板端面的姿态的惯性测量单元；所述控制器根据接收到的惯性测量单元的信号，控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制第一形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，使第一形状记忆合金弹簧驱动柔性体处于直线或曲线到所需的弧度。作为一种优选的方案，所述夹持装置包括两端带有钩爪的弹性带，以及设于弹性带内部的第二形状记忆合金弹簧；所述第二形状记忆合金弹簧的两端分别与弹性带的两端固定连接；所述第二形状记忆合金弹簧的两端通过电线外接控制器，控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制第二形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，第二形状记忆合金弹簧驱动弹性带两端的钩爪相向或背向运动。作为一种优选的方案，所述弹性带为开环结构；在控制器控制且输出电流到第二形状记忆合金弹簧时，第二形状记忆合金弹簧发热而温度升高，第二形状记忆合金弹簧缩短，弹性带两端的钩爪相向运动；在第二形状记忆合金弹簧冷却而温度降低时，第二形状记忆合金弹簧伸长，弹性带两端的钩爪背向运动。作为一种优选的方案，所述弯曲装置的两端上设有电吸盘装置，所述控制器与电吸盘装置电连接而控制电吸盘装置产生或消除磁力。作为一种优选的方案，所述弯曲装置设为多个，相邻弯曲装置之间通过公插口和母插口插接在一起而将相邻两个弯曲装置电连接在一起。作为一种优选的方案，所述夹持装置上设有公插口或母插口，夹持装置通过公插口或母插口与弯曲装置两端上的母插口或公插口插接在一起。作为一种优选的方案，在弹性带为导电材料时，所述第二形状记忆合金弹簧通过绝缘连接件与弹性带绝缘连接。作为一种优选的方案，所述绝缘连接件包括塑料螺栓和塑料螺母，所述弹性带上开有相对的两个通孔；所述塑料螺栓的一端穿过通孔，且该端上螺纹连接有两个塑料螺母，所述第二形状记忆合金弹簧的每一端都被固定在两个塑料螺母之间。作为一种优选的方案，所述钩爪的前端设有尖部。实施本技术，具有如下有益效果：1、本技术在攀爬时，控制器控制弯曲装置首端的夹持装置夹持住目标，然后控制器输出电流到第一形状记忆合金弹簧，使第一形状记忆合金弹簧发热引起而逐渐收缩。在第一形状记忆合金弹簧收缩时，第一形状记忆合金弹簧对柔性体的两端施加向内的拉力，使得柔性体产生弯曲变形。弯曲的柔性体带动弯曲装置尾端的夹持装置逐渐靠近并与目标接触，然后控制器再控制该夹持装置夹持住目标。随后，控制器控制弯曲装置首端的夹持装置放开目标，此时，由于弯曲装置尾端的夹持装置夹紧目标，机器人能够牢固地附着在目标上。然后，控制器断开对第一形状记忆合金弹簧的通电，第一形状记忆合金弹簧伸长，柔性体逐渐恢复到竖直状态，此时柔性体发生了向上的挺进动作，从而完成一轮向上攀爬的动作组合。本技术采用第一形状记忆合金弹簧的缩短和伸长来控制柔性体的弯曲或竖直，使柔性体能发生向上的挺进动作，从而实现攀爬的动作，并且可以通过控制器控制第一形状记忆合金弹簧的通电或断开，即可控制第一形状记忆合金弹簧驱动柔性体实现攀爬的动作，具有结构简单，零件数量少，控制方便投入成本低的优点。由于本技术采用的柔性体的弯曲角度可以根据需要进行控制，使得本技术的机器人能适应多种不同攀爬目标的要求，提高了使用的范围和适应性，解决了现有刚性机器人无法适应多种不同的环境的问题。2、本技术通过采用第二形状记忆合金弹簧作为驱动器，并通过控制器对工作电流的控制即可驱动弹性带的弯曲变形和钩爪的夹持和松开，结构简单，零件数量少，制造方便，投入成本低。并且末端钩爪接触到物体表面时发生扭转变形，最终所有钩爪都能被动地适应到物体表面上，使得夹持器能稳定附着于形状未知的杆件、树木上，也可以实现对不规则物体的抓夹，使用范围广，适应性好，通用性高。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人的结构示意图；图2是本技术SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人的夹持装置的结构示意图；图3是本技术SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人的弯曲装置的结构示意图；图4是本技术SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人的攀爬过程示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例参照图1和图3，本实施例涉及SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，包括弯曲装置1，设于弯曲装置1两端的夹持装置2，以及用于控制弯曲装置1和夹持装置2工作状态的控制器3；所述弯曲装置1包括柔性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，其特征在于：包括弯曲装置，设于弯曲装置两端的夹持装置，以及用于控制弯曲装置和夹持装置的工作状态的控制器；所述弯曲装置包括柔性体和第一形状记忆合金弹簧，所述柔性体内设有沿轴向方向的若干通孔，所述第一形状记忆合金弹簧设于通孔内，且第一形状记忆合金弹簧的两端分别与弯曲装置的两端固定连接，所述控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制第一形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，第一形状记忆合金弹簧驱动柔性体在直线到曲线之间变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，其特征在于：包括弯曲装置，设于弯曲装置两端的夹持装置，以及用于控制弯曲装置和夹持装置的工作状态的控制器；所述弯曲装置包括柔性体和第一形状记忆合金弹簧，所述柔性体内设有沿轴向方向的若干通孔，所述第一形状记忆合金弹簧设于通孔内，且第一形状记忆合金弹簧的两端分别与弯曲装置的两端固定连接，所述控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制第一形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，第一形状记忆合金弹簧驱动柔性体在直线到曲线之间变化。


2.根据权利要求1所述的一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，其特征在于，所述弯曲装置内设有电路板，所述电路板上设有用于测量电路板端面的姿态的惯性测量单元；所述控制器根据接收到的惯性测量单元的信号，控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制第一形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，使第一形状记忆合金弹簧驱动柔性体处于直线或曲线到所需的弧度。


3.根据权利要求1所述的一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，其特征在于，所述夹持装置包括两端带有钩爪的弹性带，以及设于弹性带内部的第二形状记忆合金弹簧；所述第二形状记忆合金弹簧的两端分别与弹性带的两端固定连接；所述第二形状记忆合金弹簧的两端通过电线外接控制器，控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制第二形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，第二形状记忆合金弹簧驱动弹性带两端的钩爪相向或背向运动。


4.根据权利要求3所述的一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人，其特征在于，所述弹性带为开环结构；在控制器控制且输出电流到第二形状记忆合金弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：张逸鸿，管贻生，苏满佳，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东;44