CN113635295B - 一种基于sma驱动的刚柔耦合的软体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，包括弯曲模块和旋转模块，所述弯曲模块与旋转模块连接，所述旋转模块包括上卡盘、第一记忆合金弹簧和下卡盘，所述上卡盘的上端与弯曲模块连接，所述上卡盘的下端与下卡盘卡接，所述第一记忆合金弹簧位于上卡盘和下卡盘之间，所述第一记忆合金弹簧的一端与上卡盘的上连接孔连接，所述第一记忆合金弹簧的另一端与下卡盘的下连接孔连接，对第一记忆合金弹簧进行电加热可以实现上卡盘的旋转，上卡盘旋转从而带动弯曲模块旋转，实现适应不同环境的作业的需要。

Description

一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人

技术领域

本发明涉及软体机器人的技术领域，具体涉及一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的行业被机器人取代，机器人的出现大大方便了人类的日常生活。传统机器人多为刚性机器人，由限制了弹性变形的刚性材料组成。虽然刚性机器人具有高精确度、材料不易变形等特性，但是一般刚性机器人只能在特定的环境下进行作业，相比起软体机器人无法更好地适应不同的环境，且多数刚性机器人没法在空间比较狭小的环境下完成复杂的任务。基于这样的一个背景以及人类的需求，软体机器人成为了当下机器人发展的一个新的方向。

软体机器人作为一种新型的柔软机器人，被广泛应用于极端复杂的作业环境，在复杂地形勘测、抢险救灾、医疗等领域具有较高的应用价值。软体机器人的组成不再是由传统的刚性材料构成，而是采用硅胶、形状记忆聚合物、电致动离子聚合物等材料组成。同时软体机器人的驱动方式也有别于传统的机器人，目前软体机器人的主要驱动方式有：气压驱动、液压驱动、SMA驱动、智能材料驱动等。现有的软体机器人虽然也可以弯曲和伸缩，但很少有机器人实现全方位的弯曲和旋转，以适应更复杂的作业环境。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人。能够在任意角度旋转，适应更复杂的作业环境。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，包括弯曲模块和旋转模块，所述弯曲模块与旋转模块连接，所述旋转模块包括上卡盘、第一记忆合金弹簧和下卡盘，所述上卡盘的上端与弯曲模块连接，所述上卡盘的下端与下卡盘卡接，所述第一记忆合金弹簧位于上卡盘和下卡盘之间，所述第一记忆合金弹簧的一端与上卡盘的上连接孔连接，所述第一记忆合金弹簧的另一端与下卡盘的下连接孔连接。

优选的，所述第一记忆合金弹簧的数量为两根，两根所述第一记忆合金弹簧以下卡盘的中心相对设置，且两根所述第一记忆合金弹簧环绕于下卡盘。

优选的，所述下卡盘包括限位板和底座，所述限位板与底座连接，两根所述第一记忆合金弹簧环绕于限位板的侧壁。

优选的，所述限位板的上端与上卡盘的顶部相抵。

优选的，所述限位板呈环形状。

优选的，所述旋转模块还包括第一止推环，所述上卡盘的转轴与第一止推环的一端连接，所述第一止推环的另一端与底座连接。

优选的，所述弯曲模块包括上连接盘、第二记忆合金弹簧、万向节联轴器和下连接盘，所述上连接盘的中部通过万向节联轴器与下连接盘连接，所述下连接盘与上卡盘连接，所述第二记忆合金弹簧的一端与上连接盘连接，所述第二记忆合金弹簧的另一端与下连接盘连接。

优选的，所第二记忆合金弹簧的数量为四根，四根所述的第二记忆合金弹簧分别设置于万向联轴器的四周。

优选的，所述万向节联轴器还设有炭纤维棒，所述万向节联轴器通炭纤维棒与下连接盘连接。

优选的，所述炭纤维棒与下连接盘之间设有第二止推环。

本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：

1、本发明的基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，此软体机器人的上卡盘的上端与弯曲模块连接，上卡盘的下端与下卡盘卡接，第一记忆合金弹簧位于上卡盘和下卡盘之间，第一记忆合金弹簧的一端与上卡盘的上连接孔连接，第一记忆合金弹簧的另一端与下卡盘的下连接孔连接，对第一记忆合金弹簧进行电加热可以实现上卡盘的旋转，上卡盘旋转从而带动弯曲模块旋转，实现适应不同环境的作业的需要。

2、本发明的基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，此旋转模块的限位板与底座连接，两根所述第一记忆合金弹簧环绕于限位板的侧壁，通过限位板限制第一记忆合金弹簧只能环绕限位板运动，从而更加集中的施加作用力给到上卡盘，提高旋转模块的旋转效率。

3、本发明的基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，此弯曲模块的上连接盘的中部通过万向节联轴器与下连接盘连接，下连接盘与上卡盘连接，第二记忆合金弹簧的一端与上连接盘连接，第二记忆合金弹簧的另一端与下连接盘连接，通过PWM控制输入电流的大小，对四根第二记忆合金弹簧电加热，可以对四根第二记忆合金弹簧采用不同大小的电流，四根第二记忆合金弹簧的弯曲各不相同，从而实现四根第二记忆合金弹簧使上连接盘可以实现多个方向的弯曲，同时也可以使弯曲模块每个方向的弯曲角度不同，适应不同作业环境要求。

4、本发明的基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，此弯曲模块的第二记忆合金弹簧的数量为四根，四根所述的第二记忆合金弹簧分别设置于万向万向联轴器的四周，四根第二记忆合金弹簧使上连接盘可以实现多个方向的弯曲，同时也可以使弯曲模块每个方向的弯曲角度不同，适应不同作业环境要求。

附图说明

图1是本发明的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人的爆炸图。

图2是本发明的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人的旋转模块示意图。

图3是本发明的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人的弯曲模块示意图。

其中，1为旋转模块，11为上卡盘，111为转轴，12为上连接孔，13为第一记忆合金弹簧，14为第一止推环，15为下连接孔，16为下卡盘，161为限位板，162为底座，2为弯曲模块，21为六角螺丝，22为上连接盘，23为第二记忆合金弹簧，24为六角螺母，25为万向节联轴器，251为炭纤维棒，26为第二止推环，27为下连接盘。

具体实施方式

下面接合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至2所示，一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，包括弯曲模块2和旋转模块1，所述弯曲模块2与旋转模块1连接，所述旋转模块1包括上卡盘11、第一记忆合金弹簧13和下卡盘16，所述上卡盘11的上端与弯曲模块2连接，所述上卡盘11的下端与下卡盘16卡接，所述第一记忆合金弹簧13位于上卡盘11和下卡盘16之间，所述第一记忆合金弹簧13的一端与上卡盘11的上连接孔12连接，第一记忆合金弹簧13运动时通过上连接孔12带动上卡盘11旋转，所述第一记忆合金弹簧13的另一端与下卡盘16的下连接孔15连接，当旋转模块1需要复位时，下连接孔15与第一记忆合金弹簧13连接，第一记忆合金弹簧13自身具备复位应力，第一记忆合金弹簧13通过上连接孔12带动上卡盘11复位，对第一记忆合金弹簧13进行电加热可以实现上卡盘11的旋转，上卡盘11旋转从而带动弯曲模块2旋转，实现适应不同环境的作业的需要；根据作业需要对第一记忆合金弹簧13的加热和加热时间进行控制，当需要让旋转模块1结构复位时，停止对第一记忆合金弹簧13加热。可以在旋转模块1的上部安装机械臂或摄像头，机械手臂通过旋转更好的夹持物品，摄像头通过旋转对周围的环境进行多方位的监控。

所述第一记忆合金弹簧13的数量为两根，两根所述第一记忆合金弹簧13以下卡盘16的中心相对设置，且两根所述第一记忆合金弹簧13环绕于下卡盘16，采用两根第一记忆合金弹簧13相对设置，可以提高旋转模块1的旋转效率，而且采用环绕于下卡盘16的方式，使两根第一记忆合金弹簧13围绕下卡盘16的中心进行旋转，便于旋转模块1旋转。

所述下卡盘16包括限位板161和底座162，所述限位板161与底座162连接，两根所述第一记忆合金弹簧13环绕于限位板161的侧壁，通过限位板161限制第一记忆合金弹簧13只能环绕限位板161运动，从而更加集中的施加作用力给到上卡盘11，提高旋转模块1的旋转效率。

所述限位板161的上端与上卡盘11的顶部相抵，限位板161与上卡盘11的顶部相抵，可以更好的密封第一记忆合金弹簧13的工作区域，从而限定第一记忆合金弹簧13的运动轨迹，使第一记忆合金弹簧13运动时带动旋转模块1转动，不会出现错位的情况。

所述限位板161呈环形状，限位板161采用环状的结构更好与第一记忆合金弹簧13相贴合，节省第一记忆合金弹簧13的作用力，提高旋转模块1的工作效率。

所述旋转模块1还包括第一止推环14，所述上卡盘11的转轴111与第一止推环14的一端连接，第一止推环14的另一端与底座162固定连接，第一止推环14套接于转轴111，从而使上卡盘11能围绕第一止推环14做圆周运动。

如图3所示，所述弯曲模块2包括上连接盘22、第二记忆合金弹簧23、万向节联轴器25和下连接盘27，所述上连接盘22的中部通过万向节联轴器25与下连接盘27连接，所述下连接盘27与上卡盘11连接，所述第二记忆合金弹簧23的一端与上连接盘22连接，第二记忆合金弹簧23通过六角螺丝21与上连接22盘固定，所述第二记忆合金弹簧23的另一端与下连接盘27连接，第二记忆合金弹簧23通过六角螺母24与下连接盘27固定，采用六角螺丝21可以增加软体机器人的操作性，根据不同作业需要添加不同的作业设备，采用万向节联轴器25与第二记忆合金弹簧23相互配合，对第二合金弹簧23电加热使上连接盘22实现弯曲，从而使软体机器人既能旋转又可以弯曲。

所第二记忆合金弹簧23的数量为四根，四根所述的第二记忆合金弹簧23分别设置于万向万向联轴器25的四周，通过PWM控制输入电流的大小，对四根第二记忆合金弹簧23电加热，可以对四根第二记忆合金弹簧23采用不同大小的电流，四根第二记忆合金弹簧23的弯曲各不相同，从而实现四根第二记忆合金弹簧23使上连接盘22在多个方向的弯曲，万向万向联轴器25提高弯曲模块2的结构稳定性，同时也可以使弯曲模块2每个方向的弯曲角度不同，适应不同作业环境要求。

所述万向节联轴器25还设有炭纤维棒251，所述万向节联轴器25通炭纤维棒251与下连接盘27连接，万向联轴器25使上连接盘22可以实现不同角度的弯曲，采用炭纤维棒251更好的与下连接盘27连接，强化弯曲模块2的整体结构稳定性。

所述炭纤维棒251与下连接盘27之间设有第二止推环26，第二止推环26用于固定炭纤维棒251，提高炭纤维棒251与下连接盘27之间的结构稳定性。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：包括弯曲模块和旋转模块，所述弯曲模块与旋转模块连接，所述旋转模块包括上卡盘、第一记忆合金弹簧和下卡盘，所述上卡盘的上端与弯曲模块连接，所述上卡盘的下端与下卡盘卡接，所述第一记忆合金弹簧位于上卡盘和下卡盘之间，所述第一记忆合金弹簧的一端与上卡盘的上连接孔连接，所述第一记忆合金弹簧的另一端与下卡盘的下连接孔连接；所述第一记忆合金弹簧的数量为两根，两根所述第一记忆合金弹簧以下卡盘的中心相对设置，且两根所述第一记忆合金弹簧环绕于下卡盘。

2.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：所述下卡盘包括限位板和底座，所述限位板与底座连接，两根所述第一记忆合金弹簧环绕于限位板的侧壁。

3.根据权利要求2所述的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：所述限位板的上端与上卡盘的顶部相抵。

4.根据权利要求3所述的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：所述限位板呈环形状。

5.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：还包括第一止推环，所述上卡盘的转轴与第一止推环的一端连接，所述第一止推环的另一端与底座连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：所述弯曲模块包括上连接盘、第二记忆合金弹簧、万向节联轴器和下连接盘，所述上连接盘的中部通过万向节联轴器与下连接盘连接，所述下连接盘与上卡盘连接，所述第二记忆合金弹簧的一端与上连接盘连接，所述第二记忆合金弹簧的另一端与下连接盘连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：所第二记忆合金弹簧的数量为四根，四根所述的第二记忆合金弹簧分别设置于万向节联轴器的四周。

8.根据权利要求6所述的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：所述万向节联轴器还设有炭纤维棒，所述万向节联轴器通炭纤维棒与下连接盘连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于SMA驱动的刚柔耦合的软体机器人，其特征在于：所述炭纤维棒与下连接盘之间设有第二止推环。

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