[发明专利]双程形状记忆合金弹簧驱动的负压吸盘

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的吸附装置，具体是一种双程形状记忆合金弹簧驱动的负压吸盘。

背景技术

形状记忆合金(SMA)是一种能够经过某种热效应完全消除其在较低温度下发生的塑性形变，回复到形变前的原始形状的一种合金材料。可以通过电流加热的方式使其产生形变，它具有功重比大、驱动电压低、形变量大的优点。SMA的形状记忆效应有单程和双程之分，单程记忆效应的SMA在加热发生变形后不能回复到未加热前的状态，而必须依靠外力回复，而双程SMA则能自由回复。传统的负压吸附式爬壁机器人，其吸附机构主要采用基于气泵的驱动方式使吸盘产生负压，近年来已经开始有研究使用电机转动产生直线位移，形成吸盘腔体体积变化，进而产生负压的方法代替气泵抽气。上述方法都能产生较大的负压，但无论是气泵还是用于改变吸盘腔体体积的电机，都存在如下一些主要问题：1)自身重量大，吸附装置不易微小型化，2)功重比低，浪费能源，3)有噪音。

经对现有技术的文献检索发现，Tao Zhu等在Proceedings of the 2006 IEEEInternational Conference on Robotics and Biomimetics(2006年国际机器人与仿生机械会议)上发表的《Principle and Application of VibratingSuction Method》(振动式吸盘的原理与应用)文中提出采用电机产生一定频率的振动使吸盘变形产生负压，其不足在于需要外接电机及其驱动器，使吸附装置的体积变大，浪费能量且有噪音。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种双程形状记忆合金弹簧驱动的负压吸盘，使其可以利用SMA驱动性能上的优点，解决负压吸盘在爬壁机器人吸附装置应用中存在的不足，它具有体积小，吸附可靠，无噪音，不需外接气源或用电机使吸盘变形，而仅依靠SMA形变使吸盘体积变化来产生负压的特点，避免现有负压吸盘吸附装置不易微小型化，噪音大，功重比低的缺点，给微小型爬壁机器人提供一种小型、高效、可靠的吸附装置。该吸盘不仅可用于爬壁机器人吸附机构，还可推广应用于其他类型负压吸盘应用上。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括内缸、外缸、双程SMA弹簧、内缸弹簧固定片、动密封圈、外缸弹簧固定条、弹性底座。外缸和弹性底座粘接在一起，外缸弹簧固定条卡在外缸和弹性底座之间，双程SMA弹簧的下端用外缸弹簧固定条卡在外缸和弹性底座之间，用于固定双程SMA弹簧的下端，双程SMA弹簧上端卡在内缸弹簧固定片，内缸弹簧固定片固定在内缸上端。内缸和外缸之间通过动密封圈密封。

本发明中，所述的内外缸采用密度小、导热性能优良的铝合金加工，减小吸盘重量同时便于双程SMA弹簧冷却时的散热，加快吸盘响应速度。

所述外缸下端设有一个孔，弹性底座塞入该孔内。

所述外缸上端设有比外缸直径小的圆孔，内缸从此孔中穿入，内缸、外缸之间的缝隙用动密封圈密封，在内缸、外缸之间形成一个密封的空气腔。在双程SMA弹簧的作用下，内缸能沿外缸运动，使内缸和外缸内的空气腔的气压降低形成负压。

所述外缸弹簧固定条上设有弧形槽，双程SMA弹簧卡在弹性底座和外缸弹簧固定条之间，同时外缸弹簧固定条有一端圆柱形突起，能对双程SMA弹簧起导向的作用。

所述外缸顶端设有凹形槽，动密封圈设在该凹形槽中。

所述外缸上设有通孔，导线通过该通孔接到双程SMA弹簧两端给其供电，且该通孔用密封胶密封。

本发明中，所述的双程SMA弹簧，由于SMA弹簧相对与SMA丝具有较大的位移，采用Niti合金的双程形状记忆合金弹簧，由于双程SMA弹簧加热后伸长，冷却时缩短，在加热发生相变后不需外力即可回到初始状态，相对与单程SMA弹簧驱动器，可以不用偏置弹簧提供回复力，极大的节省了空间。

本发明中，所述的动密封圈采用结构紧凑、所占空间小、动摩擦阻力小、拆卸方便、成本低的挤压型O形圈密封。

本发明中，所述的弹性底座为弹性高分子材料制作，采用多腔结构以提高吸盘的壁面适应性，弹性底座的底面被加工分割成多腔结构，每个子腔通过直径很小的通孔与内外缸形成的空腔相连通，构成两级多腔结构。