一种基于记忆合金的柔性臂结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于记忆合金的柔性臂结构，涉及柔性机械臂技术领域，包括静平台、一级或多级动平台、形状记忆合金，所述动平台通过多根所述形状记忆合金驱动，且所述静平台和所述动平台均与所述形状记忆合金转动连接；所述柔性臂结构还包括支撑弹簧，所述支撑弹簧设置在静平台与动平台之间。通过本实用新型专利技术的实施，多级动平台形成复杂并联机构，且能够实现较大角度的偏转，且两平台中间的支撑弹簧增加了系统的刚度，实现了对记忆合金的力的限制，增加了平台运动的柔顺性与稳定性。增加了平台运动的柔顺性与稳定性。增加了平台运动的柔顺性与稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于记忆合金的柔性臂结构


[0001]本技术涉及柔性机械臂领域，尤其涉及一种基于记忆合金的柔性臂结构。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的迅速发展和社会的进步，传统工业机器人质量笨重、功耗高、功能简单、低负重比等缺点，已经无法满足其他应用领域对机械臂的需求。相对传统的笨重、庞大的刚性机器人，柔性机器人采用重量轻的材料，因此可以用较低的成本和能源消耗来使柔性机器人实现工作容积大、运作速度高、载荷大的目标，同时操作简便、安全性高。作为工业机器人中主要类别之一，并联机器人是由多分支运动链组成的闭环结构，相比串联工业机器人，具有高刚度、高精度、高负载、结构紧凑等特点。由于具有上述功能和特点，并联机器人自诞生便迅速成为了学术界和工业界竞相研究的热门领域。形状记忆合金是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料，是目前形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。除了形状记忆效应外，形状记忆合金还具有超弹性、生物相容性、高阻尼性能以及良好的耐磨性、疲劳性能，因此形状记忆合金广泛的应用于航空航天、建筑工程、机械工程、生物医疗等领域。现有技术中的柔性臂结构由于驱动方式的原因，往往控制复杂、精度低，且缺乏一定的系统刚度，故难以做到良好的控制效果。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于记忆合金的新型柔性臂结构，实现控制简单、精度高的基础上，增加系统刚度，满足复杂运动的需要。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本技术所要解决的技术问题是：如何解决现有的柔性臂的柔顺度低、精度低、系统刚度不足的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供了一种基于记忆合金的柔性臂结构，包括静平台、一级或多级动平台、形状记忆合金，所述动平台通过多根所述形状记忆合金驱动，且所述静平台和所述动平台均与所述形状记忆合金转动连接。
[0006]进一步地，所述静平台和所述动平台上设有电路板，所述电路板为形状记忆合金提供电流。
[0007]进一步地，所述形状记忆合金只能作轴向运动。
[0008]进一步地，多根所述形状记忆合金等长且均匀分布。
[0009]进一步地，所述柔性臂结构还包括多根刚性支撑轴，所述刚性支撑轴设置在静平台与动平台之间或多级动平台之间。
[0010]进一步地，所述刚性支撑轴与静平台和动平台之间通过球铰连接。
[0011]进一步地，所述柔性臂结构还包括支撑弹簧，所述支撑弹簧位于静平台与动平台之间。
[0012]进一步地，所述柔性臂结构还包括指端平台，所述指端平台设置于最后一级动平
台上。
[0013]进一步地，所述静平台和所述动平台的截面积为圆形，且初始状态时，所述静平台与所述动平台相互平行。
[0014]进一步地，所述静平台的平台截面积大于第一级动平台的平台截面积，且多级动平台的平台截面积随级数增加依次减少。
[0015]与现有技术相比，本技术至少具有如下有益技术效果：
[0016]1、本技术各级平台均可近似为一个独立的球铰对待，与传统球铰相比，本技术可以控制球铰关节的运动，且具有一定的柔顺性；除此之外，每一级平台均可任意进行串联或并联，从而形成新的串并联机构，且随着系统平台数的增多，系统整体的柔顺性、负载能力与运动范围也会进一步增加，从而提高整体性能。
[0017]2、本技术驱动环节采用多根形状记忆合金组合的形式，克服了单个记忆合金驱动力较小的缺点，且通过平台电路板的加热调节每根记忆合金的驱动力，从而完成各级平台间的相对运动。本技术采用多根刚性支撑轴，限制了两平台间相对运动的自由度数，同时创新地在各级平台间增加了支撑弹簧，用于增加系统的轴向刚度，保持系统柔顺性的同时兼顾了系统运动的稳定性。本技术作为一种新型柔性臂，控制简单，精度较高，且具有良好的柔顺度，可进行复杂运动。
[0018]3、本技术由于形状记忆合金的形状记忆效应，断电时合金会自动恢复初始长度，因此整个机构也会回到各级平台相互平行的初始状态。
[0019]以下将结合附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0020]图1是本技术的基于记忆合金的柔性臂结构示意图；
[0021]其中，1
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静平台、2
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动平台、3
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支撑弹簧、4
‑
刚性支撑轴、5
‑
形状记忆合金、6
‑
电路板、7
‑
球铰、8
‑
指端平台。
具体实施方式
[0022]以下参考说明书附图介绍本技术的优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0023]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
[0024]如图1所示，基于记忆合金的柔性臂结构包括各级平台与连接部分，其中各级平台包括静平台1和动平台2，各级平台上设有电路板6，连接部分包括支撑弹簧3、刚性支撑轴4、形状记忆合金5、球铰7。
[0025]初始状态时各级平台均相互平行，第一级平台作为静平台1，后面各级平台作为动平台2，最后一级平台上固连指端平台8。各级平台间通过十二根形状记忆合金5、四根刚性支撑轴4、一根支撑弹簧3连接，其中刚性支撑轴4通过球铰7与平台连接，形状记忆合金5与
刚性支撑轴4均匀地分布于四个方向。各级平台上，球铰7与刚性支撑轴4均固定于支座上。多根形状记忆合金5有助于增加驱动力，而刚性支撑轴4则限制了两平台间不必要的自由度。
[0026]因各级平台所受弯矩不同，平台大小设计成依顺序递减，即静平台1的面积最大，然后依次减少，最后一级动平台2面积最小，有助于减少不必要的重力载荷。
[0027]针对柔性臂刚度较小的问题，本技术在各级平台间添加了支撑弹簧3以增加系统刚度。当平台间距减小时，支撑弹簧3依形变量的大小提供相应的力，避免平台间距快速减小，从而保证系统在一定的整体轴向刚度下，形状记忆合金5的驱动力仍能为平台提供较大的弯曲形变量。
[0028]形状记忆合金5控制性能好，柔顺性好，且质量小，能够减少系统的整体质量，这种轻量化柔顺化设计能够使该柔性臂应用于不同的工作场景。另外，系统断电后，记忆合金在温度恢复室温后会回到原有的形变量，从而保证机构回到初始位置，很好地避免了系统误差的累计。
[0029]本实施例中，各个形状记忆合金5均独立驱动，即可以依指令产生不同的轴向伸缩力，保证两平台间能完成较复杂的相对运动，可支持指端平台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于记忆合金的柔性臂结构，其特征在于，包括静平台、一级或多级动平台、形状记忆合金，所述动平台通过多根所述形状记忆合金驱动，且所述静平台和所述动平台均与所述形状记忆合金转动连接。2.如权利要求1所述的柔性臂结构，其特征在于，所述静平台和所述动平台上设有电路板，所述电路板为形状记忆合金提供电流。3.如权利要求2所述的柔性臂结构，其特征在于，所述形状记忆合金只能作轴向运动。4.如权利要求3所述的柔性臂结构，其特征在于，多根所述形状记忆合金等长且均匀分布。5.如权利要求1所述的柔性臂结构，其特征在于，所述柔性臂结构还包括多根刚性支撑轴，所述刚性支撑轴设置在静平台与动平台之间或多级动平台之间。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：顿向明，敬忠良，潘汉，黄健哲，潘兆祾，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：