CN114408135A - 一种基于双程sma弹簧驱动的仿乌贼机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，属于仿生机器人领域。解决了以电机为代表的传统驱动器，存在噪音大和驱动效率低等问题。该机器人的动力部分、控制部分、传输部分和执行部分依次连接，执行部分的滑杆的左端与后端盖的右端相连，滑杆的右端与滑槽的左端相配合，并能产生相对滑动；滑槽的右端与前端盖的左端相连；双程SMA弹簧的左端与滑杆相连，右端与滑槽相连，所述传输部分与双程SMA弹簧连接，为其供电。本发明利用形状记忆合金作为驱动器，设计了一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，该仿乌贼机器人利用双程SMA弹簧驱动，以滑杆滑槽装置作为执行机构，能够在水下实现高效、高速前进。
Description
技术领域
本发明属于仿生机器人领域，特别是涉及一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人。
背景技术
由于与电缆、管道、天然气钻探和海底勘测等海洋工程有关的需求增加，许多研究人员正在开发用于水下任务的新工具。仿生水下机器人由于其本身极高的环境适应性、良好的柔顺性以及高机动性，一度成为水下机器人的研究热点。但是以电机为代表的传统驱动器，存在噪音大和驱动效率低等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，以解决以电机为代表的传统驱动器，存在噪音大和驱动效率低等问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，包括主体部分、动力部分、控制部分、传输部分和执行部分，所述动力部分、控制部分、传输部分和执行部分依次连接，
所述主体部分包括喷嘴、后端盖、多条柔性肋板、柔性腔体和前端盖，所述喷嘴位于后端盖的中心部位，多条柔性肋板的两端分别与前端盖和后端盖相连，柔性腔体与多条柔性肋板粘接在一起，且其两端分别固定在前端盖和后端盖上，柔性腔体内为腹腔；
所述执行部分包括双程SMA弹簧、滑杆、滑槽和腹腔，滑杆的左端与后端盖的右端相连，滑杆的右端与滑槽的左端相配合，并能产生相对滑动；滑槽的右端与前端盖的左端相连；双程SMA弹簧的左端与滑杆相连，右端与滑槽相连，所述传输部分与双程SMA弹簧连接，为其供电。
更进一步的，所示柔性肋板为1mm厚的PVC板。
更进一步的，所述动力部分为电源。
更进一步的，所述控制部分为控制开关。
更进一步的，所述传输部分为通电导线。
更进一步的，电源的左端经控制开关和通电导线与双程SMA弹簧的左端相连，右端经通电导线与双程SMA弹簧的右端相连。
更进一步的，当仿乌贼机器人作动时，闭合控制开关，外界电源经控制开关和通电导线对双程SMA弹簧进行通电，双程SMA弹簧受热伸长，驱动滑杆在滑槽中向左滑动，从而带动柔性肋板伸直，使柔性腔体收缩，驱动腹腔中的水从喷嘴喷出，实现仿乌贼机器人的喷水前进。
更进一步的，当断开控制开关时，双程SMA弹簧的伸展力消失，在柔性肋板的回复力作用下，柔性腔体展开，腹腔内形成负压，从而使仿乌贼机器人实现吸水，为下次喷水前进做准备。
更进一步的，所述柔性腔体为硅胶材质。
更进一步的，所述柔性肋板的数量为6条。
更进一步的，柔性腔体与柔性肋板粘接在一起，且其两端由硅胶密封圈分别固定在前端盖和后端盖。
与现有技术相比，本发明所述的一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人的有益效果是：
(1)本发明为一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，可在展开状态和收拢状态之间进行切换。
(2)本发明通过仿乌贼机器人的径向收缩挤压将水排出，收缩阻力小，作动速度快。
(3)本发明可以通过改变双程SMA弹簧的通电电压调节仿乌贼机器人的收缩速度，还可以通过改变柔性肋板的材料和厚度，来改变仿乌贼机器人的回复速度。
(4)本发明仿乌贼机器人的喷水频率由收缩速度和回复速度决定，因此水下机器人喷水频率可调。
(5)本发明仿乌贼机器人的推进速度由喷水频率决定，所以只要喷水频率够大，该仿乌贼机器人就可实现非常大的速度。
(6)本发明利用形状记忆合金(SMA)作为驱动器，设计了一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，该仿乌贼机器人利用双程SMA弹簧驱动，以滑杆滑槽装置作为执行机构，能够在水下实现高效、高速前进。
(7)本发明对仿生水下机器人的研究开发具有一定的引导意义，有望使仿生水下机器人的发展实现新的突破，为人们进一步探索海洋做出贡献。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人的结构原理图；
图2为本发明所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人的侧视剖视图；
图3为仿乌贼机器人的驱动结构的轴测图；
图4为本发明所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人的收缩状态原理图；
图5为本发明所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人的回复过程原理图；
图中：1-双程SMA弹簧，2-喷嘴，3-滑杆，4-后端盖，5-通电导线，6-控制开关，7-电源，8-柔性腔体，9-柔性肋板，10-硅胶密封圈，11-滑槽，12-腹腔，13-前端盖。
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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。
一、参见图1-5说明本实施方式，一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，包括主体部分、动力部分、控制部分、传输部分和执行部分，所述动力部分、控制部分、传输部分和执行部分依次连接，
所述主体部分包括喷嘴2、后端盖4、多条柔性肋板9、柔性腔体8和前端盖13，所述喷嘴2位于后端盖4的中心部位，多条柔性肋板9的两端分别与前端盖13和后端盖4相连，柔性腔体8与多条柔性肋板9粘接在一起，且其两端分别固定在前端盖13和后端盖4上，柔性腔体8内为腹腔13；
所述执行部分包括双程SMA弹簧1、滑杆3、滑槽11和腹腔12，滑杆3的左端与后端盖4的右端相连，滑杆3的右端与滑槽11的左端相配合，并能产生相对滑动；滑槽11的右端与前端盖13的左端相连；双程SMA弹簧1的左端与滑杆3相连，右端与滑槽11相连，所述传输部分与双程SMA弹簧1连接，为其供电。
(1)连接过程：
如图1-5所示，基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人主要由五部分组成。主体部分由喷嘴2、后端盖4、柔性肋板9、柔性腔体8、硅胶密封圈10和前端盖13组成，主体部分位于仿乌贼机器人的外围，喷嘴2位于后端盖4的中心部位，柔性肋板9的两端分别与前端盖13和后端盖4相连，柔性腔体8与柔性肋板9粘接在一起，且其两端由硅胶密封圈10分别固定在前端盖13和后端盖4上。动力部分由电源7组成，控制部分由控制开关6组成，传输部分由通电导线5组成，三者均位于仿乌贼机器人的上方。外界电源7的左端经控制开关6和通电导线5与双程SMA弹簧1的左端相连，右端经通电导线5与双程SMA弹簧1的右端相连。执行部分位于仿乌贼机器人的中间部位，执行部分由双程SMA弹簧1、滑杆3、滑槽11和腹腔12组成，滑杆3的左端与后端盖4的右端相连，右端与滑槽11的左端相配合，并能产生相对滑动；滑槽11的右端与前端盖13的左端相连；双程SMA弹簧1的左端与滑杆3相连，右端与滑槽11相连。
(2)工作过程：
当仿乌贼机器人作动时，闭合控制开关6，外界电源7经控制开关6和通电导线5对双程SMA弹簧1进行通电，双程SMA弹簧1受热伸长，驱动滑杆3在滑槽11中向左滑动，从而带动柔性肋板9伸直，使柔性腔体8收缩，驱动腹腔12中的水从喷嘴2喷出，实现仿乌贼机器人的喷水前进。
由于仿乌贼机器人的推进速度由其喷水频率决定，所以可以通过改变仿乌贼机器人腔体的收缩速度和回复速度改变其喷水频率，从而调节仿乌贼机器人的喷水速度。由于仿乌贼机器人通过柔性腔体8的径向收缩挤压将水排出，收缩阻力小，作动速度快，所以其可以实现很高的喷水频率，从而实现高速前进。
当断开控制开关6时，双程SMA弹簧1的伸展力消失，在柔性肋板9的回复力作用下，滑杆3在滑槽11中向右滑动，双程SMA弹簧1收缩恢复原状，柔性腔体8展开，腹腔12内形成负压，从而使仿乌贼机器人实现吸水，为下次喷水前进做准备。
该仿乌贼机器人的喷水频率由柔性腔体8的收缩速度和回复速度决定，而柔性腔体8的收缩速度可以通过改变双程SMA弹簧1的通电电压调节，柔性腔体8的回复速度可以通过改变柔性肋板9的材料厚度调节，所以可以通过改变双程SMA弹簧1的通电电压和柔性肋板9的材料和厚度改变仿乌贼机器人的喷水频率，从而调节其推进速度，而且只要喷水频率够大，该仿乌贼机器人就可以实现非常大的推进速度。
(3)其他实施方案：
所述柔性肋板9的数量为6根，也可为其它值，如3、4、8等。
所述柔性肋板9为1mm厚的PVC板，也可为其它柔性材料，如木板等所述柔性腔体8为硅胶材质，也可为其它材料，如橡胶等。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
Claims (10)
1.一种基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：包括主体部分、动力部分、控制部分、传输部分和执行部分，所述动力部分、控制部分、传输部分和执行部分依次连接，
所述主体部分包括喷嘴(2)、后端盖(4)、多条柔性肋板(9)、柔性腔体(8)和前端盖(13)，所述喷嘴(2)位于后端盖(4)的中心部位，多条柔性肋板(9)的两端分别与前端盖(13)和后端盖(4)相连，柔性腔体(8)与多条柔性肋板(9)粘接在一起，且其两端分别固定在前端盖(13)和后端盖(4)上，柔性腔体(8)内为腹腔(12)；
所述执行部分包括双程SMA弹簧(1)、滑杆(3)、滑槽(11)和腹腔(12)，滑杆(3)的左端与后端盖(4)的右端相连，滑杆(3)的右端与滑槽(11)的左端相配合，并能产生相对滑动；滑槽(11)的右端与前端盖(13)的左端相连；双程SMA弹簧(1)的左端与滑杆(3)相连，右端与滑槽(11)相连，所述传输部分与双程SMA弹簧(1)连接，为其供电。
2.根据权利要求1所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：所示柔性肋板(9)为1mm厚的PVC板或木板。
3.根据权利要求1所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：所述动力部分为电源(7)。
4.根据权利要求1或3所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：所述控制部分为控制开关(6)。
5.根据权利要求1或3所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：所述传输部分为通电导线(5)。
6.根据权利要求5所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：电源(7)的左端经控制开关(6)和通电导线(5)与双程SMA弹簧(1)的左端相连，右端经通电导线(5)与双程SMA弹簧(1)的右端相连。
7.根据权利要求6所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：当仿乌贼机器人作动时，闭合控制开关(6)，外界电源(7)经控制开关(6)和通电导线(5)对双程SMA弹簧(1)进行通电，双程SMA弹簧(1)受热伸长，驱动滑杆(3)在滑槽(11)中向左滑动，从而带动柔性肋板(9)伸直，使柔性腔体(8)收缩，驱动腹腔(12)中的水从喷嘴(2)喷出，实现仿乌贼机器人的喷水前进。
8.根据权利要求1或7所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：当断开控制开关(6)时，双程SMA弹簧(1)的伸展力消失，在柔性肋板(9)的回复力作用下，柔性腔体(8)展开，腹腔(12)内形成负压，从而使仿乌贼机器人实现吸水，为下次喷水前进做准备。
9.根据权利要求1所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：所述柔性腔体(8)为硅胶材质或橡胶材质。
10.根据权利要求1所述的基于双程SMA弹簧驱动的仿乌贼机器人，其特征在于：柔性腔体(8)与柔性肋板(9)粘接在一起，且其两端由硅胶密封圈10分别固定在前端盖(13)和后端盖(4)上。
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