專利名稱：一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型蠕動(dòng)機(jī)器人，具體涉及一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)90年代以來(lái)，非結(jié)構(gòu)環(huán)境機(jī)器人已經(jīng)從單純的自動(dòng)化機(jī)械中脫穎而出， 進(jìn)入諸如航空航天等高精密設(shè)備等領(lǐng)域，并且非結(jié)構(gòu)環(huán)境的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)部空間狹小、檢修和維護(hù)困難等特殊性，對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)提出了更高的要求，微小型機(jī)器人作為一類非結(jié)構(gòu)環(huán)境機(jī)器人，致力于解決毫米尺度空間中信息收集、信息處理、自身行動(dòng)決策及周圍環(huán)境適應(yīng)等方面問(wèn)題，通過(guò)其自主移動(dòng)及協(xié)調(diào)動(dòng)作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障以致解決和處理問(wèn)題，可應(yīng)用于核能、航天等微小管道、壁面等空間的維修、探傷工作，現(xiàn)有微小型蠕動(dòng)機(jī)器人多采用具有形狀記憶效應(yīng)的SMA彈簧作為微驅(qū)動(dòng)器，如中國(guó)專利公開號(hào)為CN1803409 (名稱為基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的剛/彈耦合的微型蠕動(dòng)機(jī)器人)的發(fā)明專利申請(qǐng)。在該發(fā)明中，由于SMA材料本身形變溫度和形變量之間具有非線性關(guān)系，使得通電加熱直接控制形變量的開環(huán)控制方式很難達(dá)到對(duì)SMA形變步距的準(zhǔn)確控制；另一方面用于驅(qū)動(dòng)的四組SMA彈簧的形狀記憶效應(yīng)很難做到一致，并且每組SMA彈簧與前后擋板固接的連接方式使得兩組SMA彈簧驅(qū)動(dòng)車體運(yùn)動(dòng)時(shí)存在耦合，即當(dāng)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)一側(cè)SMA彈簧提供動(dòng)力，另一側(cè)SMA彈簧產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)干涉，轉(zhuǎn)角步距不準(zhǔn)確；此外依靠SMA復(fù)位彈簧復(fù)合偏心輪摩擦自鎖定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且摩擦原理定位的反應(yīng)速度慢、準(zhǔn)確性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有微小型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)存在運(yùn)動(dòng)步距不能精確控制、多組SMA驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)耦合導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)干涉和摩擦原理定位的準(zhǔn)確性較低的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人。本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明包括兩個(gè)吸附裝置、兩個(gè)SMA 彈性驅(qū)動(dòng)臂和兩個(gè)擋板，兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂并排平行設(shè)置，兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂與兩個(gè)擋板連接成四框體，每個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂的一端分別與一個(gè)擋板邊緣鉸接，每個(gè)擋板的外側(cè)面分別與一個(gè)吸附裝置連接，每個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂包括SMA絲、應(yīng)變片和彈性鉸鏈，所述 SMA絲安裝在彈性鉸鏈的外側(cè)面上，所述應(yīng)變片安裝在彈性鉸鏈內(nèi)側(cè)面的中部，所述彈性鉸鏈的每一端分別與一個(gè)擋板的邊緣鉸接。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用步距可控的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂，通過(guò)應(yīng)變片實(shí)時(shí)測(cè)量彈性鉸鏈的形變量，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的步距進(jìn)行閉環(huán)控制，使機(jī)器人準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)；本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)裝置采用鉸鏈的空間四連桿結(jié)構(gòu)，解決了機(jī)器人轉(zhuǎn)彎過(guò)程中兩組SMA微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)耦合問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)角的精確控制；本發(fā)明采用的吸附式定位裝置定位噪音小、速度快、定位準(zhǔn)確。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的主視圖，圖3是圖2的俯視圖， 圖4是圖2的左視圖，圖5是SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂與擋板連接的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是吸附裝置安裝在擋板上的整體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一如圖1-7所示，本實(shí)施方式所述一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人包括兩個(gè)吸附裝置1、兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2和兩個(gè)擋板3，兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2并排平行設(shè)置，兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂與兩個(gè)擋板3連接成四框體，每個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2的一端分別與一個(gè)擋板3邊緣鉸接，每個(gè)擋板3的外側(cè)分別與一個(gè)吸附裝置1連接，每個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2包括SMA絲2-1、應(yīng)變片2_2和彈性鉸鏈2_3，所述SMA絲2_1安裝在彈性鉸鏈2-3的外側(cè)面上，所述應(yīng)變片2-2安裝在彈性鉸鏈2-3內(nèi)側(cè)面的中部，所述彈性鉸鏈2-3的每一端分別與一個(gè)擋板3的邊緣鉸接。本實(shí)施方式中SMA絲2-1的兩端與驅(qū)動(dòng)電路連接，室溫條件下，SMA絲2-1承受拉力，彈性鉸鏈2-3承受彎矩而產(chǎn)生一定的彈性形變，當(dāng)SMA絲2-1通電加熱升溫時(shí)，SMA絲長(zhǎng)度收縮，使彈性鉸鏈2-3受彎矩增大，彈性形變?cè)龃?，從而SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2長(zhǎng)度收縮、彎曲程度增大；當(dāng)SMA絲2-1斷電冷卻恢復(fù)至室溫時(shí)，彈性鉸鏈2-3所受彎矩減小，彈性鉸鏈2-3在彈性恢復(fù)力的作用下恢復(fù)原狀，同時(shí)拉動(dòng)SMA絲2-1使之恢復(fù)原長(zhǎng)，通過(guò)彈性鉸鏈2-3外側(cè)的應(yīng)變片2-2可以實(shí)時(shí)檢測(cè)彈性鉸鏈 2-3的變形，與SMA驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行反饋，間接調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓，改變SMA絲的溫度，從而控制彈性驅(qū)動(dòng)臂2的形變量；由于SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2通過(guò)彈性鉸鏈2-3與擋板3鉸接，兩側(cè)彈性驅(qū)動(dòng)臂2同步改變形變量，可使機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)；只有一側(cè)彈性驅(qū)動(dòng)臂2改變形變量，可使機(jī)器人向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓并通過(guò)應(yīng)變片2-2檢測(cè)彈性鉸鏈2-3變形量，使之達(dá)到給定值，從而使機(jī)器人轉(zhuǎn)過(guò)給定角度。
具體實(shí)施方式
二 如圖1-7所示，本實(shí)施方式所述一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2包括第一細(xì)銅管2-4、第二細(xì)銅管2-5和第三細(xì)銅管2-6，所述SMA絲2-1呈U形，所述SMA絲2_1的開口端通過(guò)第一細(xì)銅管2_4、第三細(xì)銅管 2-6固定在彈性鉸鏈2-3 —端的外側(cè)面上，所述SMA絲2-1的非開口端通過(guò)第二細(xì)銅管2_5 固定在彈性鉸鏈2-3另一端的外側(cè)面上。本實(shí)施方式保證了 SMA絲提供足夠大的拉力。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三如圖1-7所示，本實(shí)施方式所述一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人的每個(gè)吸附裝置1包括兩個(gè)卡爪組件1-1和電磁鐵1-2，兩個(gè)卡爪組件 1-1由上至下并排平行固定安裝在擋板3的外側(cè)面上，所述電磁鐵1-2插裝在卡爪組件1-1 內(nèi)。本實(shí)施方式保證了電磁鐵1-2在機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中不會(huì)脫落。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四如圖1-7所示，本實(shí)施方式所述一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人的SMA絲2-1為外表面涂有絕緣層的SMA絲2-1。其它組成及連接關(guān)系與具體方式一、二或三相同。工作原理本發(fā)明直線單步運(yùn)動(dòng)可分為兩個(gè)階段
4
第一階段位于后端的吸附裝置1斷電無(wú)吸附力，位于前端的吸附裝置1通電吸附接觸面，然后兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2同時(shí)加載相同電壓使SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2收縮，調(diào)整電壓并通過(guò)應(yīng)變片2-2檢測(cè)彈性鉸鏈2-3變形量，使之達(dá)到給定值，從而帶動(dòng)位于后端的吸附裝置1向前移動(dòng)給定距離；第二階段位于后端的吸附裝置1通電吸附接觸面，位于前端的吸附裝置1斷電無(wú)吸附力，然后兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2同時(shí)斷電冷卻，SMA驅(qū)動(dòng)裝置2釋放儲(chǔ)存的變形能，使 SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2伸長(zhǎng)，并推動(dòng)位于前端的吸附裝置1向前移動(dòng)；重復(fù)上述兩個(gè)階段，本發(fā)明即可實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。左轉(zhuǎn)彎單步運(yùn)動(dòng)可分為兩個(gè)階段第一階段位于前端的吸附裝置1斷電無(wú)吸附力，位于后端的吸附裝置1通電吸附接觸面，右側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2保持?jǐn)嚯娎鋮s，左側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2加載電壓使之收縮，由于SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2通過(guò)彈性鉸鏈2-3與擋板3鉸接，導(dǎo)致機(jī)器人向左偏轉(zhuǎn)，調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓并通過(guò)應(yīng)變片2-2檢測(cè)彈性鉸鏈2-3變形量，使之達(dá)到給定值，從而使位于前端的吸附裝置1向左側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度；第二階段位于后端的吸附裝置1斷電無(wú)吸附力，位于前端的吸附裝置1通電吸附接觸面，右側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2繼續(xù)保持?jǐn)嚯娎鋮s，然后左側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2斷電冷卻，左側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2釋放儲(chǔ)存的變形能使左側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂伸長(zhǎng)，并帶動(dòng)位于后端的吸附裝置1向右轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，此時(shí)整個(gè)機(jī)器人向左轉(zhuǎn)過(guò)一定角度。重復(fù)上述兩個(gè)階段，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)左轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。同理右轉(zhuǎn)彎單步運(yùn)動(dòng)可分為兩個(gè)階段第一階段位于前端的吸附裝置1斷電無(wú)吸附力，位于后端的吸附裝置1通電吸附接觸面，左側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2保持?jǐn)嚯娎鋮s，右側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2加載電壓使之收縮，由于SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2通過(guò)彈性鉸鏈2-3與擋板3鉸接，導(dǎo)致機(jī)器人向右偏轉(zhuǎn)，調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓并通過(guò)應(yīng)變片2-2檢測(cè)彈性鉸鏈2-3變形量，使之達(dá)到給定值，從而使位于前端的吸附裝置1向右側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度；第二階段位于后端的吸附裝置1斷電無(wú)吸附力，位于前端的吸附裝置1通電吸附接觸面，左側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2繼續(xù)保持?jǐn)嚯娎鋮s，然后右側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2斷電冷卻，右側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂2釋放儲(chǔ)存的變形能使右側(cè)的SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂伸長(zhǎng)，并帶動(dòng)位于后端的吸附裝置1向左轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，此時(shí)整個(gè)機(jī)器人向右轉(zhuǎn)過(guò)一定角度。重復(fù)上述兩個(gè)階段，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)右轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人，它包括兩個(gè)吸附裝置(1)、兩個(gè) SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂⑵和兩個(gè)擋板(3)，兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂⑵并排平行設(shè)置，兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂( 與兩個(gè)擋板C3)連接成四框體，每個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂O)的一端分別與一個(gè)擋板⑶邊緣鉸接，每個(gè)擋板⑶的外側(cè)面分別與一個(gè)吸附裝置⑴連接，其特征在于每個(gè) SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂(2)包括SMA絲0-1)、應(yīng)變片(2-2)和彈性鉸鏈0_3)，所述SMA絲(2_1) 安裝在彈性鉸鏈0-3)的外側(cè)面上，所述應(yīng)變片0-2)安裝在彈性鉸鏈0-3)內(nèi)側(cè)面的中部，所述彈性鉸鏈0-3)的每一端分別與一個(gè)擋板(3)的邊緣鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂( 包括第一細(xì)銅管0-4)、第二細(xì)銅管(2- 和第三細(xì)銅管 0-6)，所述SMA絲0-1)呈U形，所述SMA絲的開口端通過(guò)第一細(xì)銅管、第三細(xì)銅管0-6)固定在彈性鉸鏈(2- —端的外側(cè)面上，所述SM/U2-1)的非開口端通過(guò)第二細(xì)銅管0-5)固定在彈性鉸鏈(2- 另一端的外側(cè)面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人，其特征在于每個(gè)吸附裝置(1)包括兩個(gè)卡爪組件(1-1)和電磁鐵(1-2)，兩個(gè)卡爪組件(1-1)由上至下并排平行固定安裝在擋板(3)的外側(cè)面上，所述電磁鐵(1-2)插裝在卡爪組件(1-1) 內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述SMA絲為外表面涂有絕緣層的SMA絲。
全文摘要
一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人。一種微型蠕動(dòng)機(jī)器人，具體涉及一種形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的吸附式微型蠕動(dòng)機(jī)器人。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有微小型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)存在運(yùn)動(dòng)步距不能精確控制、多組SMA驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)耦合導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)干涉和摩擦原理定位的準(zhǔn)確性較低的問(wèn)題。本發(fā)明包括兩個(gè)吸附裝置、兩個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂和兩個(gè)擋板，每個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂的一端分別與一個(gè)擋板邊緣鉸接，每個(gè)擋板的外側(cè)分別與一個(gè)吸附裝置連接，每個(gè)SMA彈性驅(qū)動(dòng)臂包括SMA絲、應(yīng)變片和彈性鉸鏈，SMA絲安裝在彈性鉸鏈的外側(cè)面上，應(yīng)變片安裝在彈性鉸鏈內(nèi)側(cè)面的中部。本發(fā)明用于核能、航天等微小管道、壁面等空間的維修、探傷等方面。
文檔編號(hào)B62D57/02GK102267501SQ20111011163
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者宋超男, 王振龍, 王玉魁 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)