CN109333571A - 一种末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的末端执行器，包括：主体机构、执行机构、驱动装置及冷却装置；主体机构与所述执行机构活动连接；驱动装置设置在主体机构内，并与执行机构连接；冷却装置设置在驱动装置的外围，用于冷却所述驱动装置；其中，所述驱动装置包括至少一个形状记忆合金SMA驱动器。本发明实施例中采用形状记忆合金(SMA)驱动器替代微型电机作为核心动力部件，大大降低了仿人手的成本并且可以实现无噪驱动，适应需求安静的病房要求。通过在SMA驱动器外置螺旋式散热水管，与冷却风扇和散热鳍片配合使用，通过冷凝液的循环实现迅速降温的目的，从而大大提高了SMA驱动器的操作频率；使末端执行器在执行过程中可以灵活、无噪音使用。

Description

一种末端执行器

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种末端执行器。

背景技术

末端执行器在完整的运动执行结构中占据重要的位置，在医疗手术机器人领域，末端执行器性能的优劣直接决定了其使用性能，作为医疗的假肢手领域，其外形、重量、声音等都具有重要的影响作用。微创机器人控制的外科手术器械可以在多种操作中使用，并且可以具有各种配置。外科手术器械包括被安装在长轴的远端处的外科手术末端执行器，其中长轴配置为通过开口(例如，体壁切口、自然孔口)(例如，以腹腔镜方式或胸腔镜方式)插入，以到达病人体内遥远的外科手术部位。在一些器械中，铰接式腕机构被安装到器械的轴的远端，以支撑末端执行器并改变末端执行器相对于轴的纵向轴线的取向(例如，俯仰和/或偏摆)。

由于在手术过程中需要各种复杂的操作，单纯的二指夹结构，往往不能满足未来医疗手术机器人的需求，因此多指灵巧、轻便、低成本的仿人执行器，具有较大的应用市场。目前仿人手领域主要采用电机驱动、液压驱动、气压驱动，但是采用电机驱动成本高，装配难度大，运动有噪声，采用液压驱动，控制和驱动系统复杂，存在污染风险，并且控制回路噪声较大；采用气压驱动，需要有气体压缩泵，控制回路系统复杂，并且噪声也大，根本无法实心假肢穿戴。

发明内容

本发明提供一种末端执行器，以解决现有的末端执行器灵活性差，噪声大的问题。

为了解决上述问题，本发明一方面公开了一种末端执行器，包括：主体机构、执行机构、驱动装置及冷却装置；

所述主体机构与所述执行机构活动连接；

所述驱动装置设置在所述主体机构内，并与所述执行机构连接，用于驱动所述执行机构；

所述冷却装置设置在所述驱动装置的外围，用于冷却所述驱动装置；

其中，所述驱动装置包括至少一个形状记忆合金SMA驱动器。

优选的，根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述执行机构包括第一执行主体，所述第一执行主体通过第一转动轴与所述主体机构连接，所述第一执行主体包括至少两个第一关节，两相邻所述第一关节之间通过第二转动轴连接；其中，所述第一转动轴与所述第二转动轴轴向一致；

所述驱动装置包括第一SMA驱动器，所述第一SMA驱动器的第一动力输出端与所述第一执行主体连接，所述第一SMA驱动器通过所述第一动力输出端驱动所述第一执行主体绕所述第一转动轴转动，及驱动所述相邻的第一关节绕所述第二转动轴相对转动。

优选的，所述执行机构还包括第二执行主体，所述第二执行主体通过第三转动轴与所述主体机构连接，所述第二执行主体包括至少一个第二关节；两相邻所述第二关节之间通过第四转动轴连接；所述第三转动轴的轴向与所述第四转动轴的轴向不一致且呈预设夹角；

所述驱动装置还包括第二SMA驱动器和第三SMA驱动器；所述第二SMA驱动器的第二动力输出端与所述第二执行主体连接，所述第二SMA驱动器通过所述第二动力输出端驱动所述相邻的第二关节绕所述第四转动轴相对转动；

所述第三SMA驱动器的第三动力输出端与邻近所述第二关节连接，所述第三SMA驱动器通过所述第三动力输出端驱动所述邻近的第二关节绕所述第三转动轴转动，以实现第二执行主体相对所述主体机构摆动。

优选的，所述第二SMA驱动器和所述第三SMA驱动器叠层设置。

优选的，所述执行机构还包括复位弹性部件，所述复位弹性部件的一端与所述执行机构远离所述主体机构的一端连接，另一端与所述主体机构连接。

优选的，所述执行机构包括：四个所述第一执行主体，一个所述第二执行主体。

优选的，所述冷却装置包括：水泵、水阀和多个冷凝管；

各所述第一SMA驱动器、所述第二SMA驱动器及所述第三SMA驱动器的外部均设置有所述冷凝管；所述水泵分别与各所述冷凝管连通，各所述冷凝管上分别设置有水阀，以控制各个所述冷凝管的开关。

优选的，所述冷却装置还包括散热鳍片和冷却风扇；

所述散热鳍片设置在所述驱动装置的一侧；所述冷却风扇设置在所述散热鳍片远离所述驱动装置的一侧。

优选的，所述SMA驱动器包括：基壳、控制模块、驱动机构及传动机构；

所述控制模块，配置为向所述驱动机构输出驱动信号；

所述驱动机构，沿所述基壳的外表面设置，与所述传动机构连接，配置为根据所述驱动信号移动预设位移，并将所述预设位移传递至所述传动机构；

所述传动机构，设置在所述基壳内部，配置为将所述预设位移以指定倍数输出。

优选的，所述SMA驱动器还包括温度检测模块，所述温度检测模块，配置为检测所述SMA驱动器的温度；

所述末端执行器还包括：调节模块，所述调节模块与所述控制模块耦接，配置为获得各所述SMA驱动器的温度，并根据所述温度，向所述控制模块发送调节电压信号，调节所述控制模块向所述驱动机构输出的驱动信号；当所述温度大于温度阈值时，控制所述冷却装置对所述驱动装置进行冷却。

本发明另一方面提供一种末端执行器的控制方法，应用于如上述权利要求所述的末端执行器；所述方法包括：

启动各SMA驱动器并检测各SMA驱动器的温度；

根据各所述SMA驱动器的温度数据，调节向所述SMA驱动器输出的调节电压信号；当所述温度数据高于温度阈值时，启动冷却装置对所述SMA驱动器进行冷却。

本发明实施例提供的末端执行器，包括：主体机构、执行机构、驱动装置及冷却装置；所述主体机构与所述执行机构活动连接；所述驱动装置设置在所述主体机构内，并与所述执行机构连接，用于驱动所述执行机构；所述冷却装置设置在所述驱动装置的外围，用于冷却所述驱动装置；其中，所述驱动装置包括至少一个形状记忆合金SMA驱动器。本发明实施例中采用形状记忆合金(SMA)驱动器替代微型电机作为核心动力部件，大大降低了仿人手的成本并且可以实现无噪驱动，适应需求安静的病房要求。通过在SMA驱动器外置螺旋式散热水管，与冷却风扇和散热鳍片配合使用，通过冷凝液的循环实现迅速降温的目的，从而大大提高了SMA驱动器的操作频率；使末端执行器在执行过程中可以灵活、无噪音使用。

附图说明

图1是本发明实施例一的一种末端执行器的结构示意图；

图2是本发明实施例一的一个第一执行主体驱动的结构示意图；

图3是本发明实施例一的一种第二执行主体摆动驱动的结构示意图；

图4是本发明实施例一的一种螺旋冷凝管设置的结构示意图；

图5是本发明实施例一的一种散热鳍片和冷却风扇的结构示意图；

图6是本发明实施例一的一种驱动装置的结构示意图；

图7是本发明实施例一的驱动装置的结构示意图；

图8是本发明实施例一的一种传动机构的结构示意图；

图9是本发明实施例二的末端执行器的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1，示出了本发明的一种末端执行器的结构示意图，末端执行器包括：主体机构10、执行机构20、驱动装置30及冷却装置40；所述主体机构10与所述执行机构20活动连接；所述驱动装置30设置在所述主体机构10内，并与所述执行机构20连接，用于驱动所述执行机构20；所述冷却装置40设置在所述驱动装置30的外围，用于冷却所述驱动装置30；其中，所述驱动装置30包括至少一个形状记忆合金SMA驱动器。

在本发明实施例中，参照图1，末端执行器的形状为人手的形状；所述主体机构10形状为手掌形；所述执行机构20的形状为手指形；驱动装置30设置在手掌形的主体机构内。冷却装置40的一部分设置在人手的腕关节处。

在本发明实施例中，所述驱动装置包括至少一个形状记忆合金SMA驱动器，其中，形状记忆合金驱动器在工作时，会产生热量，因此在形状记忆合金驱动器的外围设置冷却装置，在形状记忆合金驱动器工作时，冷却装置一般不工作，在SMA驱动器温度达到一定条件时工作，当关闭正在工作的形状记忆合金驱动器时，打开冷却装置，对形状记忆合金驱动器进行冷却。

在本发明实施例中，参照图1和图2，所述执行机构20包括第一执行主体21，所述第一执行主体21通过第一转动轴211与所述主体机构10连接，所述第一执行主体21包括至少两个第一关节212，两相邻所述第一关节212之间通过第二转动轴213连接；

所述驱动装置30包括第一SMA驱动器31，所述第一SMA驱动器31的第一动力输出端311与所述第一执行主体21连接；所述第一SMA驱动器31通过所述第一动力输出端驱动所述第一执行主体21绕所述第一转动轴211转动，及驱动所述相邻的第一关节212绕所述第二转动轴213相对转动，其中，所述第一转动轴211与所述第二转动轴213轴向一致。

在本发明实施例中，参照图2，第一动力输出端通过钢丝绳311输出动力，其中，钢丝绳311设置在第一执行主体21朝向手掌的一侧；在第一SMA驱动器31工作时，钢丝绳311拉动第一执行主体21的多个第一关节212绕各自连接的第二转动轴213转动，实现第一执行主体21的弯曲。

在本发明实施例中，参照图2，第一执行主体21包括三个第一关节，第一关节包括：第一远关节、第一中间关节和第一近关节；其中，第一近关节与主体机构10活动连接，具体通过第一转动轴211连接，并且第一近关节可绕主体机构10一定幅度的转动。第一远关节、第一中间关节和第一近关节之间通过第二转动轴213连接，第一远关节、第一中间关节和第一近关节的临近处可以设置导向轴，以便于钢丝绳311缠绕以辅助动力传输，钢丝绳311的末端可以固定到第一远关节上，也可以再绕回第一SMA驱动器固定。在第一SMA驱动器31工作时，钢丝绳311拉动第一远关节、第一中间关节和第一近关节绕各自连接的第二转动轴213转动，实现第一执行主体21的弯曲。

在本发明实施例中，参照图1和图3，所述执行机构20还包括第二执行主体22，所述第二执行主体22通过第三转动轴231与所述主体机构10连接，所述第二执行主体22包括至少一个第二关节221；两相邻所述第二关节221之间通过第四转动轴232连接；所述第三转动轴231的轴向与所述第四转动轴232的轴向不一致且呈预设夹角；所述驱动装置30还包括第二SMA驱动器32和第三SMA驱动器33；所述第二SMA驱动器32的第二动力输出端321与所述第二执行主体22连接，所述第二SMA驱动器32通过所述第二动力输出端驱动所述相邻的第二关节221绕所述第四转动轴232相对转动；所述第三SMA驱动器33的第三动力输出端331与邻近所述第二关节221连接，所述第三SMA驱动器通过所述第三动力输出端驱动所述邻近的第二关节221绕所述第三转动轴231转动，以实现第二执行主体22相对所述主体机构10摆动。

在本发明实施例中，参照图1和图3，第二执行主体22是指人手形的大拇指；其中，预设夹角的范围是大于0°且小于或等于90°，具体可以根据拇指朝向掌心弯曲的角度设置，例如可以设置为90度。

在本发明实施例中，第二SMA驱动器32驱动第二执行主体22的弯曲的方式与第一SMA驱动器31驱动第一执行主体21弯曲的方式相同。第二动力输出端321与第二执行主体22的连接方式，与第一动力输出端311与第一执行主体21的连接方式相同。

在本发明实施例中，第三SMA驱动器33驱动第二关节绕第三转动轴231转动，进而带动第二执行主体22绕第三转动轴231摆动。其中，当第二SMA驱动器32不工作时，只有第三SMA驱动器33工作时，第二执行主体22只进行摆动，不会进行弯曲。

在本发明实施例中，参照图3，第三SMA驱动器的第三动力输出端331与邻近的第二关节221固定连接。

在本发明实施例中，所述执行机构20还包括复位弹性部件23，所述复位弹性部件23的一端与所述执行机构20远离所述主体机构10的一端连接，另一端与所述主体机构10连接。

在本发明实施例中，在第一执行主体21中，复位弹性部件23包括复位弹性绳，其中复位弹性绳搭接在所述第一转动轴和第二转动轴上。在第二执行主体22中，复位弹性部件包括复位弹性绳和复位弹簧，其中，第二执行主体22中的复位弹性绳和第一执行主体21中的复位弹性绳的连接方式和作用相同；复位弹簧的一端是连接在与主体机构10邻近的第二关节221上，另一端连接在执行主体上，用于在第二执行主体22在摆动恢复时，加快复位。

在本发明实施例中，参照图2，复位弹性部件23为弹性材料，在力的作用下会发生形变，当无力的作用时，会回复形状。当驱动装置驱动时，第一执行主体21向下弯曲，当驱动装置停止驱动时，第一执行主体21在复位弹性部件的作用下回复成平直的状态。

在本发明实施例中，第一执行主体21和第二执行主体22均具有复位弹性部件23，并且复位弹性部件的设置方式和作用均是相同的，加快执行机构的复位。

在本发明实施例中，所述执行机构20包括：四个第一执行主体21，一个第二执行主体22。

在本发明实施例中，参照图1，执行机构20和人手指形状相同。四个第一执行主体分别为食指、中指、无名指和小指。第二执行主体22为大拇指。

在本发明实施例中，所述第二SMA驱动器32和所述第三SMA驱动器33叠层设置。

在本发明实施例中，一第二执行主体22对应有两个SMA驱动器进行驱动，以实现第二执行主体22的摆动和弯曲，达到仿真大拇指的效果。其中，一第一执行主体21也可以对应有两个形状记忆合金驱动器进行驱动。其中，二执行主体对应的两个形状记忆合金驱动器是叠层设置的，以达到节省空间的目的。

在本发明实施例中，参照图1和图4，所述冷却装置40包括：水泵41、水阀42和多个冷凝管43；各所述第一SMA驱动器31、所述第二SMA驱动器32及所述第三SMA驱动器33的外部均设置有所述冷凝管43；所述水泵41分别与各所述冷凝管43连通，各所述冷凝管43上分别设置有水阀42，以控制各个所述冷凝管43的开关。

在本发明实施例中，参照图1和图5，所述冷却装置还包括散热鳍片44和冷却风扇45；所述散热鳍片44设置在所述驱动装置30的一侧；所述冷却风扇45设置在所述散热鳍片44远离所述驱动装置30的一侧。

在本发明实施例中，参照图5，散热鳍片44与冷却风扇45接触设置，其中，散热鳍片44上设置有U型冷凝管，散热鳍片44上有间隔空隙，冷却风扇45可以将U型冷凝管传输的热量迅速散出，加快了驱动装置30的散热。

在本发明实施例中，每个驱动装置30上都螺旋缠绕着一根冷凝管43。每个冷凝管43均有自己的水阀42，来控制螺旋冷凝管43的开关。

在本发明实施例中，参照图6，各SMA驱动器30均包括：包括基壳34、控制模块(图中未示出)；驱动机构35及传动机构36；所述控制模块，配置为向所述驱动机构35输出驱动信号；所述驱动机构35，沿所述基壳34的外表面设置，与所述传动机构36连接，配置为根据所述驱动信号移动预设位移，并将所述预设位移传递至所述传动机构36；所述传动机构36，设置在所述基壳34内部，配置为将所述预设位移以指定倍数输出。

在本发明实施例中，参照图7，所述基壳34呈圆筒状，所述驱动机构35包括：滑动片351，金属线352和驱动部件353。所述滑动片351及所述金属线352沿所述基壳34的轴向并排设置在所述基壳34的外表面上；所述滑动片351和所述金属线352交替设置且首尾依次串接，其中首条金属线3521的一端固定在所述基壳34上且与所述控制模块耦接，另一端与相邻滑动片3511的一端连接，最后一滑动片3512与所述驱动部件353连接；所述驱动部件353通过设置在所述基壳34上的第一导向槽341与所述传动机构36连接，所述第一导向槽341沿所述基壳34的轴向设置。

在本发明实施例中，金属线352为形状记忆合金，在金属线352的温度发生变化的时候，金属线352的长度缩短或变长。在图6中，首条金属线3521和基壳34的内置电路联系，内置电路通过外部的供电系统给首条金属线3521提供电流，电流通过滑动片及后续的金属线，形成串联。当首条金属线3521有电流通过时，温度变高，长度缩短，因首条金属线3521的一端与基壳34固定，另一端与相邻滑动片3511连接，则在首条金属线3521缩短时，带动相邻滑动片3511向首条金属线3521与基壳34的固定侧移动，相同的当其他金属线352有电流通过缩短时，带动相邻的滑动片向相同侧移动，这些滑动片移动的距离累积起来就是最后一滑动片的移动距离，最后一滑动片3512带动驱动部件353沿第一导向槽341移动，进而带动传动机构36移动。

所述金属线352，被配置为接收并通过相接的滑动片351传输所述驱动信号，并根据所述驱动信号发生形变。

所述滑动片351，被配置为在相接的金属线352的带动下，沿所述基壳34的轴向移动。

所述驱动部件353，被配置为在所述最后一滑动片3512的带动下，沿所述第一导向槽341移动所述预设位移。

在本发明实施例中，基壳34采用圆筒式，并且驱动机构分布式结构，有利于金属线352在基壳34的外部分散布局，传动机构36和温度检测模块37在基壳34的内部集中的方式，有利于金属线352的快速响应。

在本发明实施例中，在基壳34的内部放置有散热系统，有利于金属线352的有效散热。

在本发明实施例中，可以通过调节滑动片351的个数，来调节驱动机构35输出的位移。

在本发明实施例中，采用金属线352与滑动片351串联的方式设置在基壳的外表面，节省了驱动装置的占用空间，并且容易驱动装置的安装，和故障的金属线352和滑动片的跟换。

在本发明实施例中，最后一滑动片3512和驱动部件353固定连接，或者一体成型。其中，驱动部件为23为弯折形状，一侧与最后一滑动片3512连接，另一侧与传动机构36连接。

在本发明实施例中，所述首条金属线3521通过固定件353固定在所述基壳34上；相邻的所述金属线352与所述滑动片351之间通过压紧垫片354连接。

在本发明实施例中，采用固定件353和压紧垫片354对金属线进行固定，能够节省固定空间，避免采用焊接方式对金属线造成损伤，提高了金属线352的机械强度，并且在装配方式上更加简单方便。

在本发明实施例中，所述滑动片351上设置有第二导向槽3513，所述滑动片通过贯穿所述第二导向槽3513的固定钉3514与所述基壳34连接，所述第二导向槽3513可沿所述固定钉3514滑动。

在本发明实施例中，固定钉3514与基壳34固定连接，第二导向槽3513的方向与基壳34的轴向相同，使滑动片351只能沿基壳34的轴向移动，避免滑动片351在其他方向移动，固定钉3514对滑动片351启动了限位作用。

在本发明实施例中，优选的，在每个滑动片351设置有两个第二导向槽3513，每个第二导向槽3513中设置有一个固定钉3514，当滑动片351处于初始位置使，固定钉3514在第二导向槽3513的一侧。

在本发明实施例中，所述装置还包括设置在所述基壳34外表面上的复位机构38；

所述复位机构38的一端与所述基壳34固定，另一端与驱动部件353连接，用于在所述驱动机构35复位时，使所述驱动机构35加速复位。

在本发明实施例中，复位机构38具体为复位弹簧。当金属线352中具有电流时，带动驱动部件353向远离复位机构38的方向移动，拉伸复位弹簧。当金属线352中的电流消失时，金属线352需恢复到原来的长度，则驱动部件需回复到原来的位置，弹簧收缩，加速驱动机构的复位。

在本发明实施例中，参照图3，所述传动机构36包括：支撑轴361、连接部件362、滑轮组363和动力输出端311；

所述基壳34上沿轴向设置有两个相对的滑槽，所述支撑轴361的两端分别设置在所述滑槽中且可沿所述滑槽滑动；

所述连接部件362一端与所述支撑轴361连接，另一端与所述驱动部件353连接；

所述滑轮组363与所述支撑轴361连接，所述动力输出端311一端固定在所述基壳34上，另一端绕过所述滑轮组363与待驱动对象连接；

所述滑轮组363，被配置为在所述驱动部件353及所述支撑轴361的带动下，带动所述动力输出端311，将所述驱动部件353移动的所述预设位移以指定倍数输出，以移动所述待驱动对象。

在本发明实施例中，连接部件362与驱动部件353通过锚定固定连接。

在本发明实施例中，连接部件362包括支撑侧板和连接板；其中支撑侧板设置在滑轮组363的两侧，连接板的一端与支撑侧板连接，另一侧与驱动部件353连接，支撑侧板与支撑轴固定连接。

在本发明实施例中，滑轮组与支撑轴也为固定连接，当驱动部件353移动时，带动传动机构36整体向与驱动部件353相同的方向移动相同的距离a。当滑轮组为一组时，由于动力输出端311的一端固定在基壳上，不会随着传动机构36移动，因此，动力输出端311的另一端在传动机构36的带动下，移动距离2a。

在所述支撑轴361的两端设置有支撑轴承35；所述支撑轴361通过所述支撑轴承35放置在所述滑槽内。对支撑轴361导向固定。

在本发明实施例中，所述滑轮组363包括至少一个动滑轮。

在本发明实施例中，可以通过调节动滑轮的个数，调节预设位移输出的倍数。当滑轮组包括一个动滑轮时，输出倍数为预设位移的两倍。

在本发明实施例中，所述装置还包括温度检测模块37：

所述温度检测模块37包括温度信号处理单元和温度检测探头；

所述温度信号处理单元设置在所述基壳34内侧；所述温度信号处理单元与所述温度检测探头连接；所述温度检测探头穿过所述基壳34上的探测孔，与所述首条金属线3521接触，以测量所述首条金属线3521的温度，并将所述温度传输给所述温度信号处理单元；

所述温度检测模块37，被配置为将温度数据传输给所述控制模块；

所述控制模块，还被配置为根据所述温度数据，调节向所述首条金属线3521传输的所述控制信号。

在本发明实施例中，所述基壳34上内侧设置有接线引脚；所述基壳34内设置有内置线路；所述接线引脚与所述内置线路连接；所述接线引脚包括供电引脚和信号引脚；所述内置线路包括：信号线路和供电线路；则所述首内置线路与首条金属线3521连接。

在本发明实施例中，将温度检测模块37设置在基壳内侧，与金属线352有效集成，简化了外置温度检测传感器的复杂布局，并且将温度检测探头置于首条金属线3521的固定端，可以实现对首条金属线3521的有效检测。

在本发明实施例中，所述金属线352的材质为形状记忆合金。

在本发明实施例中，形状记忆合金包括：镍铬合金。

在本发明实施例中，所述基壳34的外表面的横截面呈圆形或多边形或椭圆形。

在本发明实施例中，基壳34的外表面为多边形时，在多边形的每一边的外表面放置一滑动片351和一金属线352。

在本发明实施例中，驱动装置30具体的实现方式如下：

驱动机构35的信号输出以及电流输入都有位于基壳34内侧的引脚提供，当控制模块需要控制驱动时，电流由引脚接入，通过基壳34内部的供电线路将电流导入首条金属线3521，首条金属线3521将电流传给其他金属线，形成闭合回路。当金属线352有电流流过时，金属线352由低温马氏体状态转为高温奥氏体状态状态，由此产生了驱动位移和驱动力。由于首条金属线3521的固定端被固定件353进行固定，所以金属线352产生的收缩会带动相邻滑动片3511产生运动，由于相邻滑动片3511通过第二导向槽被固定钉纵向固定，因此相邻滑动片3511沿基壳34轴向移动，其他金属线产生的收缩位移与驱动力带动相邻滑动片3511，以此类推，直到传递到最后一滑动片，驱动部件353的输出位移是分段式金属丝收缩量的综合，驱动部件通过基壳34中部的第一导向槽341深入到内部，并由铆钉将驱动部件与连接板进行连接，连接板通过动滑轮支撑侧板带动动滑轮进行运动，动滑轮由支撑轴以及支撑轴承在基壳34内部进行导向固定，当动动滑轮沿基壳34轴向移动时，拉动绳索一端进行输出。由此通过传动机构36将金属线352总的输出位移放大了指定倍数，并进行输出。

在金属线352通电驱动的过程中金属线的温度会不断升高，温度检测探头首条金属线3521紧密接触，温度检测探头将检测信号输送给温度处理单元，进行处理后将输出信号由引脚传递给控制系统，使控制模块根据输出信号进行有效的控制。

当控制模块发出断电信号时，金属线352的温度逐渐下降，金属线352的状态由高温奥氏体逐渐转为低温马氏体，金属线352逐渐恢复原来的形状，在复位机构38的作用力下，各个滑动片351逐渐开始加速做恢复运动，直到各个滑动片351恢复到初始位置。

在本发明实施例中，参照图8，各个SMA驱动器30的传动机构36对应的第一动力输出端311、第二动力输出端321和第三动力输出端331用来输出预设位移。

在本发明实施例中，各SMA驱动器上还均设置有温度检测模块37，用于检测所在SMA驱动器的温度。所述温度检测模块37包括温度信号处理单元和温度检测探头；所述温度信号处理单元设置在所述基壳34内侧；所述温度信号处理单元与所述温度检测探头连接；所述温度检测探头穿过所述基壳34上的探测孔，与所述首条金属线3521接触，以测量所述首条金属线3521的温度，并将所述温度传输给所述调节模块。

在本发明实施例中，该末端执行器还可以包括：调节模块(图中未示出)，所述调节模块与所述控制模块耦接，配置为获得各所述SMA驱动器的温度，并根据所述温度，向所述控制模块发送调节电压信号，调节所述控制模块向所述驱动机构输出的驱动信号；当所述温度大于温度阈值时，控制所述冷却装置对所述驱动装置进行冷却。

在本发明实施例中，温度检测模块可以定时或时时检测其所在SMA驱动器的温度，并可将该温度上传至调节模块，调节模块根据各SMA驱动器上报的温度，分别向各SMA发送调节电压信号，以调节各SMA驱动器的控制模块输出的驱动信号。例如，在第三SMA驱动器33工作时会散发热量，邻近的第二SMA驱动器32可能会受到影响，温度升高，则调节模块可以根据第二SMA驱动器32的温度检测模块上报的温度值，向第二SMA驱动器32的控制模块发送调节电压信号，控制模块即可根据该调节电压信号，调节其向驱动机构发出的驱动信号。

在本发明实施例中，当SMA驱动器的的温度超过预设的温度阈值时，说明温度过高，调节模块可以启动水泵，打开温度超过温度阈值的SMA驱动器对应的水阀，进行冷却、散热。

在本发明实施例中，通过实时检测驱动装置和主体机构内的温度数据，进而调节对应输出的驱动电压，不仅可以节省电量，同时可以提高驱动装置的控制精度。

本发明实施例提供的末端执行器，包括：主体机构、执行机构、驱动装置及冷却装置；所述主体机构与所述执行机构活动连接；所述驱动装置设置在所述主体机构内，并与所述执行机构连接，用于驱动所述执行机构；所述冷却装置设置在所述驱动装置的外围，用于冷却所述驱动装置；其中，所述驱动装置包括至少一个形状记忆合金SMA驱动器。本发明实施例中采用形状记忆合金(SMA)驱动器替代微型电机作为核心动力部件，大大降低了仿人手的成本并且可以实现无噪驱动，适应需求安静的病房要求。通过在SMA驱动器外置螺旋式散热水管，与冷却风扇和散热鳍片配合使用，通过冷凝液的循环实现迅速降温的目的，从而大大提高了SMA驱动器的操作频率，使末端执行器在执行过程中可以灵活、无噪音使用。

实施例二

参照图9，本发明实施例公开了一种末端执行器的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤801，启动各SMA驱动器并检测各SMA驱动器的温度；

步骤802，根据各所述SMA驱动器的温度数据，调节向所述SMA驱动器输出的调节电压信号；当所述温度数据高于温度阈值时，启动冷却装置对所述SMA驱动器进行冷却。

在本发明实施例中，温度检测模块可以定时或时时检测其所在SMA驱动器的温度，并可将该温度上传至调节模块，调节模块根据各SMA驱动器上报的温度，分别向各SMA发送调节电压信号，以调节各SMA驱动器的控制模块输出的驱动信号。例如，在第三SMA驱动器33工作时会散发热量，邻近的第二SMA驱动器32可能会受到影响，温度升高，则调节模块可以根据第二SMA驱动器32的温度检测模块上报的温度值，向第二SMA驱动器32的控制模块发送调节电压信号，控制模块即可根据该调节电压信号，调节其向驱动机构发出的驱动信号。

在本发明实施例中，当SMA驱动器的的温度超过预设的温度阈值时，说明温度过高，调节模块可以启动水泵，打开温度超过温度阈值的SMA驱动器对应的水阀，进行冷却、散热。

在本发明实施例中，通过实时检测驱动装置和主体机构内的温度数据，进而调节对应输出的驱动电压，不仅可以节省电量，同时可以提高驱动装置的控制精度。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种末端执行器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种末端执行器，其特征在于，包括：主体机构、执行机构、驱动装置及冷却装置；

所述主体机构与所述执行机构活动连接；

所述驱动装置设置在所述主体机构内，并与所述执行机构连接，用于驱动所述执行机构；

所述冷却装置设置在所述驱动装置的外围，用于冷却所述驱动装置；

其中，所述驱动装置包括至少一个形状记忆合金SMA驱动器。

2.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述执行机构包括第一执行主体，所述第一执行主体通过第一转动轴与所述主体机构连接，所述第一执行主体包括至少两个第一关节，两相邻所述第一关节之间通过第二转动轴连接，其中，所述第一转动轴与所述第二转动轴轴向一致；

所述驱动装置包括第一SMA驱动器，所述第一SMA驱动器的第一动力输出端与所述第一执行主体连接，所述第一SMA驱动器通过所述第一动力输出端驱动所述第一执行主体绕所述第一转动轴转动，及驱动所述相邻的第一关节绕所述第二转动轴相对转动。

3.根据权利要求2所述的末端执行器，其特征在于，所述执行机构还包括第二执行主体，所述第二执行主体通过第三转动轴与所述主体机构连接，所述第二执行主体包括至少一个第二关节；两相邻所述第二关节之间通过第四转动轴连接；所述第三转动轴的轴向与所述第四转动轴的轴向不一致且呈预设夹角；

所述驱动装置还包括第二SMA驱动器和第三SMA驱动器；所述第二SMA驱动器的第二动力输出端与所述第二执行主体连接，所述第二SMA驱动器通过所述第二动力输出端驱动所述相邻的第二关节绕所述第四转动轴相对转动；

所述第三SMA驱动器的第三动力输出端与邻近所述第二关节连接，所述第三SMA驱动器通过所述第三动力输出端驱动所述邻近的第二关节绕所述第三转动轴转动，以实现第二执行主体相对所述主体机构摆动。

4.根据权利要求3所述的末端执行器，其特征在于，所述第二SMA驱动器和所述第三SMA驱动器叠层设置。

5.根据权利要求3所述的末端执行器，其特征在于，所述执行机构还包括复位弹性部件，所述复位弹性部件的一端与所述执行机构远离所述主体机构的一端连接，另一端与所述主体机构连接。

6.根据权利要求3所述的末端执行器，其特征在于，所述执行机构包括：四个所述第一执行主体，一个所述第二执行主体。

7.根据权利要求3所述的末端执行器，其特征在于，所述冷却装置包括：水泵、水阀和多个冷凝管；

各所述第一SMA驱动器、所述第二SMA驱动器及所述第三SMA驱动器的外部均设置有所述冷凝管；所述水泵分别与各所述冷凝管连通，各所述冷凝管上分别设置有水阀，以控制各个所述冷凝管的开关。

8.根据权利要求7所述的末端执行器，其特征在于，所述冷却装置还包括散热鳍片和冷却风扇；

所述散热鳍片设置在所述驱动装置的一侧；所述冷却风扇设置在所述散热鳍片远离所述驱动装置的一侧。

9.根据权利要求1中任一项所述的末端执行器，其特征在于，所述SMA驱动器包括：基壳、控制模块、驱动机构及传动机构；

所述控制模块，配置为向所述驱动机构输出驱动信号；

所述驱动机构，沿所述基壳的外表面设置，与所述传动机构连接，配置为根据所述驱动信号移动预设位移，并将所述预设位移传递至所述传动机构；

所述传动机构，设置在所述基壳内部，配置为将所述预设位移以指定倍数输出。

10.根据权利要求9所述的末端执行器，其特征在于，

所述SMA驱动器还包括温度检测模块，所述温度检测模块，配置为检测所述SMA驱动器的温度；

所述末端执行器还包括：调节模块，所述调节模块与所述控制模块耦接，配置为获得各所述SMA驱动器的温度，并根据所述温度，向所述控制模块发送调节电压信号，调节所述控制模块向所述驱动机构输出的驱动信号；当所述温度大于温度阈值时，控制所述冷却装置对所述驱动装置进行冷却。

11.一种末端执行器的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求10所述的末端执行器；所述方法包括：

启动SMA驱动器并检测SMA驱动器的温度；

根据所述SMA驱动器的温度，向所述SMA驱动器输出调节电压信号；

当所述温度数据高于温度阈值时，启动冷却装置对所述SMA驱动器进行冷却。