基于形状记忆合金驱动的刚/弹耦合的微型蠕动机器人制造技术

一种机器人技术领域的基于形状记忆合金驱动的刚／弹耦合的微型蠕动机器人，包括左车体、右车体、ＳＭＡ驱动器、偏心轮自锁机构和车轮。ＳＭＡ驱动器包括：一根普通弹簧、四根ＳＭＡ弹簧、左挡板、右挡板、固定螺钉、导向杆，四根ＳＭＡ弹簧呈正方形分布，分别与左、右挡板相连，普通弹簧放置在四根ＳＭＡ弹簧所构成的长方体的中心线上，两端套在导向杆上。偏心轮自锁机构包括：偏心轮、连杆、连杆转轴、销、偏心轮转轴、ＳＭＡ弹簧、扭簧，扭簧安装在车体外侧的偏心轮转轴上，一端与偏心轮固定，一端与车体固定，ＳＭＡ弹簧一端套在连杆转轴上，一端与车体相连。本发明专利技术中机器人可以实现前进、后退和转弯运动，而且，机器人的运动周期较短，移动速度较快。

【技术实现步骤摘要】
基于形状记忆合金驱动的刚/弹耦合的微型蠕动机器人
本专利技术涉及的是一种机器人
的装置，具体的说，涉及的是一种基于形状记忆合金驱动的刚/弹耦合的微型蠕动机器人。
技术介绍
形状记忆合金(SMA)驱动器具有功率/质量比大、结构简单、无噪音、无污染、易于控制等特点，目前，已有多种形式的基于SMA驱动的微小型机器人出现。由于SMA材料特性及机器人结构限制，这些机器人的运动速度都比较缓慢，极大的限制了SMA在微小型机器人领域的应用。经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号为：CN02160687.0，专利名称为：基于形状记忆合金驱动的蠕动微型车，该专利自述为：“一种基于形状记忆合金驱动的蠕动微型车，主要包括：机构主体、控制系统和供电装置，控制系统的两根输出引线与机构主体相连接，四根输入引线与供电装置相连接，其特征在于：所述的机构主体主要包括：前车体、形状记忆合金驱动器、弹性杆、后车体、前车轮自锁机构、后车轮自锁机构、前车轮和后车轮，其连接方式为：弹性杆与前车体、后车体铰接，前车体与前车轮、前车体与前车轮自锁机构、后车体与后车轮、后车体与后车轮自锁机构分别通过轮轴连接，形状记忆合金驱动器通过设置在其内的导筒与前车体、后车体连成一体，形状记忆合金驱动器与弹性杆构成并行机构，弹性杆在前车体、后车体上的联接位置在形状记忆合金驱动器与前车体、后车体联接位置的上方”。该专利中机器人的移动速度得到了一定程度的提高。但该机器人只能单向运动，无法换向，也不能转弯。同时，该机器人所用的SMA驱动器中，SMA弹簧放置在套筒内部，减慢了SMA弹簧的冷却速度，在一定程度上降低了机器人的移动速度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中上述的不足，提出一种基于形状记忆合-->金驱动的刚/弹耦合的微型蠕动机器人，使其不仅可以前进、后退，还可以转弯，同时，移动速度也得到进一步的提高。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括：左车体、右车体、SMA驱动器、偏心轮自锁机构和车轮。所述的SMA驱动器，包括：左挡板、右挡板、一根普通弹簧、四根SMA弹簧、固定螺钉、导向杆。四根SMA弹簧呈正方形分布，通过固定螺钉分别与左挡板、右挡板相连，四根SMA弹簧的参数完全相同；普通弹簧放置在四根SMA弹簧所构成的长方体的中心线上，两端套在导向杆上，导向杆与左挡板、右挡板间都是刚性连接。室温状态下，普通弹簧处于压缩状态，SMA弹簧处于拉伸状态。所述的偏心轮自锁机构，包括：两个偏心轮、偏心轮转轴、连杆、连杆转轴、销、SMA弹簧、扭簧。在每个车轮上方都设有一套偏心轮自锁机构。左车体上的偏心轮自锁机构中，扭簧安装在车体外侧的偏心轮转轴上，一端与偏心轮固定，一端与左车体固定。SMA弹簧一端套在连杆转轴上，一端与左车体相连。室温状态时，在扭簧作用下，SMA弹簧被拉长，车轮右侧的偏心轮与车轮接触，车轮左侧的偏心轮与车轮脱离。右车体上偏心轮自锁机构的安装方式与之相同。SMA驱动器的左、右挡板分别与机器人的左、右车体是一体的。与现有蠕动机器人相比，本专利技术机器人中SMA弹簧裸露在空气中，其冷却速度可以大大加快，从而缩短了机器人的运动周期，扩大了其移动速度；四根SMA弹簧和普通弹簧构成的柔性并联结构，使普通弹簧不仅可以向下弯曲，还可以向左、向右弯曲，从而实现机器人的直线运动和转弯运动；偏心轮自锁机构控制机器人的运动方向，使其不仅可以前进，还可以后退。附图说明图1为本专利技术结构主视图图2为本专利技术结构左视图具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术包括：左车体1、右车体10、SMA驱动器17、偏心轮自锁机构18、车轮15。-->所述的SMA驱动器17，包括：一根普通弹簧3、四根SMA弹簧4、固定螺钉5、导向杆2、左挡板19、右挡板20。四根SMA弹簧4呈正方形分布，通过固定螺钉5分别与左挡板19、右挡板20相连，四根SMA弹簧4的参数完全相同；普通弹簧3放置在四根SMA弹簧4所构成的长方体的中心线上，两端套在导向杆2上，导向杆2与左挡板19、右挡板20间都是刚性连接。室温状态下，普通弹簧3处于压缩状态，SMA弹簧4处于拉伸状态。所述的偏心轮自锁机构18，包括：两个偏心轮8、连杆6、连杆转轴12、销11、偏心轮转轴13、SMA弹簧7、扭簧16。在每个车轮15上方都有一套偏心轮自锁机构18。偏心轮转轴13与车体固联，偏心轮8可以绕各自的偏心轮转轴13自由转动。左车体1上的偏心轮自锁机构18中，扭簧16安装在车体外侧的偏心轮转轴13上，一端与偏心轮8固定，一端与左车体1固定。SMA弹簧7一端套在连杆转轴12上，一端与左车体1相连。销11插在连杆转轴12的孔中，实现对偏心轮8和连杆6的定位。室温状态时，在扭簧16作用下，SMA弹簧7被拉长，车轮15右侧的偏心轮8与车轮15接触，车轮15左侧的偏心轮8与车轮15脱离。右车体10上偏心轮自锁机构18的安装方式与之相同。SMA驱动器17中的左挡板19、右挡板20分别与机器人的左车体1、右车体10是一体的。偏心轮自锁机构18中的两个偏心轮8用连杆6相连，偏心轮8和连杆6可绕连杆转轴12自由转动。本专利技术中，偏心轮8自锁原理(以车轮15右侧的偏心轮8为例)：车轮15逆时针方向转动时，在摩擦力的作用下，偏心轮8相对于车轮15作顺时针方向的纯滚动，两者之间的夹紧力会越来越小，偏心轮8对车轮15的阻力可以忽略，车轮15此时可以自由向左滚动。车轮15有顺时针方向运动趋势时，由于车轮15对偏心轮8的作用力方向位于偏心轮转轴13之下，偏心轮8将会逆时针方向转动，从而使车轮15与偏心轮8间的夹紧力越来越大。最后，偏心轮8相对于车轮15静止，这意味着车轮15与车体间已成为刚性连接，车轮15与地面间的摩擦也由滚动摩擦转化为滑动摩擦。此滑动摩擦力足以防止车轮15相对于地面运动。这样，偏心轮8就-->可以在机器人前进过程中防止车轮15向后运动。运动方向控制(以左车体1上的偏心轮自锁机构18为例)：如图1所示，机器人的偏心轮自锁机构18主要由偏心轮8、连杆6、SMA弹簧7、扭簧16组成。室温状态下，SMA弹簧7被扭簧16拉长，车轮15左侧的偏心轮8与车轮15脱离，右侧的偏心轮8与车轮15接触。此时，机器人只能向左运动。对SMA弹簧7加热后，其刚度系数变大，克服扭簧16的拉伸作用收缩，带动连杆6顺时针转动，从而使车轮15右侧的偏心轮8与车轮15脱离，左侧的偏心轮8与车轮15接触。这时机器人只能向右运动。SMA弹簧7冷却后，刚度系数变小，在扭簧16的作用下，偏心轮8逆时针转动，带动连杆6逆时针转动，使车轮15右侧的偏心轮8与车轮15接触，左侧的偏心轮8与车轮15脱离。这时机器人只能向左运动。直线运动(可分为三个阶段，设在偏心轮自锁机构18作用下，车轮15只能向右滚动)：I阶段：SMA驱动器17下侧的两根SMA弹簧4保持冷却，上侧的两根SMA弹簧4加热后收缩。普通弹簧3发生向下的弯曲变形，左侧车轮15在偏心轮自锁机构18作用下，静止不同，右侧车轮15向右滚动。II阶段：SMA驱动器17上侧的两根SMA弹簧4继续加热，同时下侧的两根SMA弹簧4加热后也开始收缩。普通弹簧3被压缩，右侧车轮15在偏心轮自锁机构18作用下，静止不同，左侧车轮15向右滚动。III阶段：四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于形状记忆合金驱动的刚／弹耦合的微型蠕动机器人，包括：左车体（１）、右车体（１０）、ＳＭＡ驱动器（１７）、偏心轮自锁机构（１８）、车轮（１５），其特征在于，ＳＭＡ驱动器（１７）包括：一根普通弹簧（３）、四根ＳＭＡ弹簧（４）、导向杆（２）、固定螺钉（５）、左挡板（１９）、右挡板（２０），四根ＳＭＡ弹簧（４）分别与左挡板（１９）、右挡板（２０）相连，普通弹簧（３）两端套在导向杆（２）上；偏心轮自锁机构（１８）包括：两个偏心轮（８）、连杆（６）、ＳＭＡ弹簧（７）、销（１１）、连杆转轴（１２）、偏心轮转轴（１３）、扭簧（１６），在每个车轮（１５）上方都设有一套偏心轮自锁机构（１８），左车体（１）上的偏心轮自锁机构（１８）中，扭簧（１６）设在车体外侧的偏心轮转轴（１３）上，一端与偏心轮（８）固定，一端与左车体（１）固定，ＳＭＡ弹簧（７）一端套在连杆转轴（１２）上，一端与左车体（１）相连，销（１１）插在连杆转轴（１２）的孔中，实现对偏心轮（８）和连杆（６）的定位，右车体（１０）上偏心轮自锁机构（１８）的安装方式与之相同。

【技术特征摘要】
1、一种基于形状记忆合金驱动的刚/弹耦合的微型蠕动机器人，包括：左车体(1)、右车体(10)、SMA驱动器(17)、偏心轮自锁机构(18)、车轮(15)，其特征在于，SMA驱动器(17)包括：一根普通弹簧(3)、四根SMA弹簧(4)、导向杆(2)、固定螺钉(5)、左挡板(19)、右挡板(20)，四根SMA弹簧(4)分别与左挡板(19)、右挡板(20)相连，普通弹簧(3)两端套在导向杆(2)上；偏心轮自锁机构(18)包括：两个偏心轮(8)、连杆(6)、SMA弹簧(7)、销(11)、连杆转轴(12)、偏心轮转轴(13)、扭簧(16)，在每个车轮(15)上方都设有一套偏心轮自锁机构(18)，左车体(1)上的偏心轮自锁机构(18)中，扭簧(16)设在车体外侧的偏心轮转轴(13)上，一端与偏心轮(8)固定，一端与左车体(1)固定，SMA弹簧(7)一端套在连杆转轴(12)上，一端与左车体(1)相连，销(11)插在连杆转轴(12)的孔中，实现对偏心轮(8)和连杆(6)的定位，右车体(10)上偏心轮自锁机构(18)的安装方式与之相同。2、根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的刚/弹耦合的微型蠕动机器人，其特征是，SMA驱动器(17)中的四根SMA弹簧(4)呈正方形分布，通过固定螺钉(5)分别与左挡板(19)、右挡板(20)相连，四根SMA弹簧(4)的各项参数完全相同。3、根据权利要求1或者2所述的基于形状记忆合金驱动的刚/弹耦合的微型蠕动机器人，其特征是，SMA驱动器(17)中的普通弹簧(3)放置在四根SMA弹簧(4)所构成的长方体的中心线上，两端套在导向杆(2)上，导向杆(2)与左挡板(19...

【专利技术属性】
技术研发人员：于会涛，孙洪，马培荪，曹冲振，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]