基于记忆合金驱动的软体浮游机器人制造技术

本发明专利技术提供一种基于记忆合金驱动的软体浮游机器人，包括多功能头部、与多功能头部连接的至少三个驱动模块，多功能头部包括半圆形的头部外壳、与头部外壳连接的头部连接板、设置在头部外壳与头部连接板之间的发射信号功能模块以及电源、设置在头部外壳中心处的磁铁，每个驱动模块包括两个连接板、设置在两个连接板中心之间的球铰结构、等间距设置在两个连接板之间的至少四个记忆合金弹簧，相邻两个驱动模块共用一个连接板，与多功能头部连接的驱动模块的连接板为头部连接板，在驱动模块外部包裹有软体外壳。本发明专利技术利用多个关节在水中摆动，驱动装置体积更小，需携带的供电电源也更小，有益于对机器人整体进行质量的减轻。有益于对机器人整体进行质量的减轻。有益于对机器人整体进行质量的减轻。

【技术实现步骤摘要】
基于记忆合金驱动的软体浮游机器人


[0001]本专利技术涉及本专利技术涉及一种水下机器人领域，是一种记忆合金驱动的微型漂浮游动的水下机器人，尤其涉及一种基于记忆合金驱动的软体浮游机器人，可以实现水下侦测工作。

技术介绍

[0002]水下机器人技术在近些年日渐成熟，传统的水下机器人多为电机驱动螺旋桨推进，但其结构质量大，体积大，驱动电压大等限制了机器人结构的大小，从而限制了行动范围，新型材料的出现解决了此类问题，如聚合金属材料(IPMC)，形状记忆合金(SMA)等，因此采用新型材料记忆合金作为驱动器制作微型水下机器人，但由于水下温度较低，记忆合金在水下控温为机器人制作的主要难点。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服制作微小型水下机器人时，传统推进方式难以符合要求，进而采用了记忆合金这种新型材料进行驱动，可以实现微型水下机器人的游动。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：包括多功能头部、与多功能头部连接的至少三个驱动模块，多功能头部包括半圆形的头部外壳、与头部外壳连接的头部连接板、设置在头部外壳与头部连接板之间的发射信号功能模块以及电源、设置在头部外壳中心处的磁铁，每个驱动模块包括两个连接板、设置在两个连接板中心之间的球铰结构、等间距设置在两个连接板之间的至少四个记忆合金弹簧，相邻两个驱动模块共用一个连接板，与多功能头部连接的驱动模块的连接板为头部连接板，在驱动模块外部包裹有软体外壳。
[0005]本专利技术还包括这样一些结构特征：
[0006]1.两连接板之间的记忆合金弹簧由弹簧压片将弹簧的上下两端固定至连接板上。
[0007]2.所述记忆和弹簧有四个。
[0008]3.记忆合金弹簧包括记忆合金丝和设置在记忆合金丝外的镍锰合金电阻丝，通过对电阻丝通电，产生热量，从而使得记忆合金丝在水下驱动，每一个驱动模块由四个记忆合金弹簧固定至连接板的四个对称方向，通过控制不同记忆合金丝的加热便实现弯曲驱动效果。
[0009]4.驱动模块有四个。
[0010]5.未驱动平衡状态的机器人整体为竖直状态，当应用正弦信号对不同位置的弹簧进行通电加热，便可达到弯曲驱动效果，应用正弦信号的规律实现往复摆动，从而实现游动，同时通过控制不同的记忆合金弹簧收缩，实现前进后退，上浮下潜动作。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过记忆合金驱动器驱动的机器人结构更加简单，利用多个关节在水中摆动，驱动装置体积更小，需携带的供电电源也更小，有益于对机器人整体进行质量的减轻。在记忆合金驱动器方面进行了优化，解决了记忆合金弹簧在水下直接加热困难的问题，通过外部增添加热丝提高驱动器的收缩速率。
附图说明
[0012]图1是浮游水下机器人内部结构示意图；
[0013]图2是浮游水下机器人外型示意图；
[0014]图3是头部装置示意图；
[0015]图4是驱动机构连接盘意图；
[0016]图5是驱动装置弯曲状态示意图；
[0017]图6a和图6b均是铰接连接件示意图；
[0018]图7是弹簧压片示意图；
[0019]图8是水下机器人驱动部分摆动状态示意图；
[0020]图9是记忆合金弹簧优化方式微元示意图。
[0021]图中：1
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连接板，2
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记忆合金弹簧，3
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球铰结构，4
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弹簧压片，5
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头部外壳，6
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磁铁，7
‑ꢀ
螺钉，8
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M4螺栓，9
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M4螺栓，10
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软体外壳，15头部连接板，11
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M4通孔，12
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M4通孔，13
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M6 通孔，14
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镍锰加热丝，16
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记忆合金丝横截面。
具体实施方式
[0022]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。
[0023]此水下机器人装配体包括多关节，多方向驱动装置，连接装置，头部功能装置，以及硅胶软体外壳，硅胶外壳为所有内部结构安装完成后，包裹整个机器人，机器人整体通过通电加热记忆合金驱动，每个关节处安装球铰连接装置，使每个驱动关节可以通过中间连接弯曲，从而多个驱动关节有规律的弯曲摆动，模拟蛇的运动方式而实现水下游动。
[0024]所述驱动装置中记忆合金弹簧通过弹簧压片固定在两块连接板之间，弹簧压片通过螺栓连接固定，球铰装置选择双侧不同固定方式的球铰连接器，一端为M6螺栓固定至连接盘中间的螺栓孔上，另一端经过底部连接盘使用螺栓固定至下连接盘，经此串联，实现多关节机器人的制作。
[0025]在头部位置的连接盘侧面四个方向开孔。头部采用小阻力的半球型结构，同时应用自攻螺钉连接至最上部连接盘侧方，头部用紧固胶将磁铁安装至头部空隙处，头部结构内部可安装功能模块和电源等。
[0026]由于记忆合金在水下通过电升温较为困难，因此在记忆合金弹簧丝周围缠绕高电阻导热丝，从而更快的实现升温功能。
[0027]结合图1至图9，本专利技术的一种记忆合金驱动的微型浮游机器人整体由功能模块头部、软体外壳(硅胶外壳)、驱动模块、连接模块四部分组成。
[0028]所述的头部功能模块如图3所示，由亚克力材质的头部外壳5，头部连接板15，以及吸附磁铁6，对于其发射信号功能模块以及电源均可放在亚克力壳5内部，吸附磁铁6可通过紧固胶连接固定至头部位置。头部连接板15可通过自攻钉2与亚克力外壳5连接组成头部功能模块。
[0029]硅胶外壳10如图2所示，硅胶外壳的形状完全包裹住图1所示的驱动机构部分，整体呈流线型，易于弯曲且在水中阻力较小。
[0030]驱动模块如图5所示，驱动模块由连接板1为基底，两块连接板之间通过球铰结构3连接，该球铰结构3结构如图6a
‑
b所示，上半部分为一个M6粗螺纹，可以与图4连接板中的螺
纹孔13连接，下半部分外围有一法兰盘，该法兰盘的四个通孔与图4通孔11相对应，使用紧固件螺栓螺母8连接下连接板，两连接板之间的驱动的记忆合金弹簧2由弹簧压片4将弹簧2的上下两端固定至连接板1，弹簧压片4如图7所示，拥有两个通孔，四个弹簧压片2 的八个通孔分别对应图4中的通孔12，同时使用紧固件螺栓螺母9将弹簧压片4与弹簧2固定至两块连接板之间。记忆合金弹簧2外部如图9所示，图9为弹簧的丝径截面微元图，16 为记忆合金丝，14为镍锰合金电阻丝，通过对电阻丝14通电，产生热量，从而使得记忆合金在水下驱动，每一个驱动模块由四个记忆合金弹簧2固定至连接板的四个对称方向，通过控制不同记忆合金丝的加热便可实现如图5所示弯曲驱动效果。
[0031]将多个驱动模块串联连接如图1所示，此时为未驱动平衡状态，机器人整体为竖直状态，当应用正弦信号对不同位置的弹簧进行通电加热，便可达到图8效果，应用正弦信号的规律便可实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于记忆合金驱动的软体浮游机器人，其特征在于：包括多功能头部、与多功能头部连接的至少三个驱动模块，多功能头部包括半圆形的头部外壳、与头部外壳连接的头部连接板、设置在头部外壳与头部连接板之间的发射信号功能模块以及电源、设置在头部外壳中心处的磁铁，每个驱动模块包括两个连接板、设置在两个连接板中心之间的球铰结构、等间距设置在两个连接板之间的至少四个记忆合金弹簧，相邻两个驱动模块共用一个连接板，与多功能头部连接的驱动模块的连接板为头部连接板，在驱动模块外部包裹有软体外壳。2.根据权利要求1所述的基于记忆合金驱动的软体浮游机器人，其特征在于：两连接板之间的记忆合金弹簧由弹簧压片将弹簧的上下两端固定至连接板上。3.根据权利要求1或2所述的基于记忆合金驱动的软体浮游机器人，其特征在于：所述记忆和弹簧有四个。4.根据权利要求3所述的基于记忆合金驱动的软体浮游机器人，其特征在于：记忆合金弹簧包括记忆合金丝和设置在记忆合金丝外的镍锰合金电阻丝，通过对电阻丝通电，产生热量，从而使得记忆合金丝在水下驱动，每一个驱动模块由四个记忆合金弹簧固定至连接板的四个对称方向，通过控制不同记忆合金丝的加热便实现弯曲驱动效果。5.根据权利要求1或4所述的基于记忆合金驱动的软体浮游机器人，其特征在于：驱动模块有四个。6.根据权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯恕萍，连弘泰，弓海霞，常洪林，谭博文，孟凡策，李玉壮，张键，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：