CN107962553A - 一种柔性机器人 - Google Patents

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刘雪楠
沈刚
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Abstract

一种的柔性机器人，包括机头、机尾、机身和机器脚，机身由柔性智能结构构成。柔性智能结构具三个功能层：由SMA丝组成的驱动层；由弹性板构成的恢复层，能够在冷却过程中恢复结构到初始位置；由硅胶构成的柔性包裹层，用于包裹驱动层和恢复层，以确保结构可以防水、防火。本发明的柔性机器人能够实现平面弯曲变形，具有快速响应、较大输出力矩能力。

Description

一种柔性机器人
技术领域
本发明属机器人领域，具体涉及一种柔性机器人。
背景技术
作为柔性机器人研发的关键技术，柔性驱动器的设计及其制作一直是研究者们关注的重点。当前，仿照软体动物触角及腕机器脚，主流柔性驱动器能够实现如下几种运动：仿照海星触角、毛毛虫等的二维纵向弯曲变形；仿照象鼻、章鱼腕机器脚的三维弯曲运动：模仿蚯蚓等横向伸缩运动以及模仿水母边翼、海蝠边翼的平面变形。在制作方式上，类肌腱驱动和压力驱动方式通常采用模具成型技术，将驱动材料与柔性材料复合而成柔性复合驱动器：电聚合物则可通过简单加工或直接塑形成柔性驱动器。与传统机器人系统相比，柔性驱动器不仅是柔性机器人的驱动单元，同时也作为柔性机器人的支撑单元，或者就是机器人本体。
在现有技术中，有一种弹簧柔性驱动器，其能够实现大弯曲变形，但是，它存在如输出力小、嵌入性差等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性机器人，其能够实现平面弯曲变形，具有快速响应、较大输出力矩能力。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种柔性机器人，包括机头、机尾、机身和机器脚，机身由柔性智能结构构成。
进一步地，柔性智能结构具三个功能层：由形状记忆合金(SMA)丝组成的驱动层；由弹性板构成的恢复层，能够在冷却过程中恢复结构到初始位置；由柔性材料（例如硅胶）构成的柔性包裹层，用于包裹驱动层和恢复层，以确保结构可以防水、防火；所述驱动层由多根状记忆合金(SMA)丝固定在两个PCB板组成；PCB板上有定位SMA丝的定位孔，以及用于模块衔接或固定的固定孔；通过布置PCB板上定位孔之间的电路，可以实现SMA丝的串并联连接；两个PCB板构成机身的两端，机头和机尾分别连接在其上；并且，在每个端节上装有能伸出、收回的机器脚，机器脚的控制机构是由形状记忆合金丝、多个连杆、弹簧片和滑道组成，机器脚可根据爬行地面特点装有橡胶或金属尖齿。
进一步地，所述驱动层与恢复层平行布置在柔性层中，并与柔性层的表面保持平行。
进一步地，采用树脂型漆包线作为机身的连接导线，SMA丝和树脂型漆包线通过焊锡连接和导通。
进一步地，形状记忆合金丝通电加热时收缩，拉连杆向内移动，驱动第一连杆沿滑道向外移动，使机器脚向外伸出，此时弹簧片也向内移动，当断电时，在弹簧片反弹力的作用下，将第二连杆和第三连杆向外拉回原位，使机器脚收回。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明的柔性机器人能够实现平面弯曲变形，具有快速响应、较大输出力矩能力；此外，由于采用嵌入式复合结构，柔性智能模块化结构能够水下工作，同时它的安全性也有了很大的保障，适合在与人类接触的环境或工作任务。
附图说明
图1是本发明的柔性机器人的柔性智能结构的示意图。
图2是本发明的柔性机器人的柔性智能结构的内部示意图。
图3是本发明的柔性机器人的机器脚的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图所示，一种的柔性机器人，包括机头、机尾、机身和机器脚，机身由柔性智能结构构成。柔性智能结构具三个功能层：由SMA丝组成的驱动层；由弹性板构成的恢复层，能够在冷却过程中恢复结构到初始位置；由硅胶构成的柔性包裹层，用于包裹驱动层和恢复层，以确保结构可以防水、防火；所述驱动层由多根形状记忆合金丝固定在两个PCB板组成；PCB板上有定位SMA丝的定位孔，以及用于模块衔接或固定的固定孔；通过布置PCB板上定位孔之间的电路，可以实现SMA丝的串并联连接；两个PCB板构成机身的两端，机头和机尾分别连接在其上；并且，在每个端节上装有能伸出、收回的机器脚12，机器脚12的控制机构是由形状记忆合金丝13、多个连杆14、15、16、弹簧片17和滑道18组成，机器脚可根据爬行地面特点装有橡胶或金属尖齿。
在柔性智能结构中，驱动层与恢复层平行布置在柔性层中，并与柔性层的表面保持平行。采用树脂型漆包线作为机身的连接导线，SMA丝和树脂型漆包线通过焊锡连接和导通。
在机器脚中，形状记忆合金丝通电加热时收缩，拉连杆向内移动，驱动第一连杆16沿滑道向外移动，使机器脚向外伸出，此时弹簧片也向内移动，当断电时，在弹簧片反弹力的作用下，将第二连杆14和第三连杆15向外拉回原位，使机器脚收回。
当端节4的机器脚12伸出时，与地面接触，以此为固定点，端节4至端节5间的形状记忆合金(SMA)丝8、9、10、11通电加热收缩，同时拉动端节5前进；当端节5的机器脚12伸出时，端节4的机器脚12则缩回，此时以端节5的机器脚12为固定点，端节5至端节6的形状记忆合金丝8、9、10、11加热收缩，而端节4至节端5的形状记忆合金丝8、9、10、11停止加热，则在其柔性智能结构的作用下重新变形伸长(准备下一次收缩)。此时端节4被推向前伸出，而端节6及其后面的机尾2被拉前缩，以此类推，从而实现了机器人的蠕动伸缩前行。
机身可以是主要由柔性智能结构构成，还包括套装或安装在柔性智能结构外的其他结构或成分，以构成各种造型，例如，动物或人偶等。相应的，机头和机尾也可以构成各种造型。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。利用本发明所述技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种的柔性机器人，包括机头、机尾、机身和机器脚，机身由柔性智能结构构成。
2.根据权利要求1所述的一种柔性机器人，其特征在于，所述柔性智能结构具三个功能层：由SMA丝组成的驱动层；由弹性板构成的恢复层，能够在冷却过程中恢复结构到初始位置；由硅胶构成的柔性包裹层，用于包裹驱动层和恢复层，以确保结构可以防水、防火；所述驱动层由多根形状记忆合金丝固定在两个PCB板组成；PCB板上有定位SMA丝的定位孔，以及用于模块衔接或固定的固定孔；通过布置PCB板上定位孔之间的电路，可以实现SMA丝的串并联连接；两个PCB板构成机身的两端节（4），机头和机尾分别连接在其上；并且，在每个端节上装有能伸出、收回的机器脚(12)，机器脚(12)的控制机构是由形状记忆合金丝(13)、多个连杆(14、15、16)、弹簧片(17)和滑道(18)组成，机器脚可根据爬行地面特点装有橡胶或金属尖齿。
3.根据权利要求2所述的一种柔性机器人，其特征在于，所述驱动层与恢复层平行布置在柔性层中，并与柔性层的表面保持平行。
4.根据权利要求2所述的一种柔性机器人，其特征在于，采用树脂型漆包线作为机身的连接导线，SMA丝和树脂型漆包线通过焊锡连接和导通。
5.根据权利要求2所述的一种柔性机器人，其特征在于，形状记忆合金丝通电加热时收缩，拉连杆向内移动，驱动第一连杆（16）沿滑道向外移动，使机器脚向外伸出，此时弹簧片也向内移动，当断电时，在弹簧片反弹力的作用下，将第二连杆（14）和第三连杆（15）向外拉回原位，使机器脚收回。
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