[发明专利]基于智能材料的四足可换向爬行软体机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种基于智能材料的四足可换向爬行软体机器人。

背景技术

传统的机器人一般由刚性模块通过运动副连接而成，自由度较小，虽然能够满足精确运动的需要，但是其刚性结构导致其环境适应性差，在复杂环境或狭窄空间内运动会受到限制。此外，传统的刚体机器人运动形式较为单一、控制方式复杂并且质量重、造价高，在一些较为特殊的场合并不适用。

发明内容

本发明为解决传统刚体机器人存在的机械结构复杂、由度较小、环境适应性差、控制方式复杂、质量重、成本高的问题，提出一种基于智能材料的四足可换向爬行软体机器人。

本发明的基于智能材料的四足可换向爬行软体机器人包括上换向体、下换向体、轴筒和封头，上换向体包括上圆盘、两个上换向体爬行脚、两个向下凸块和两个上形状记忆弹簧，上圆盘的中心处设有上圆孔，两个上换向体爬行脚沿上圆盘的第一直线布置且对称设置在上圆盘的两侧，上换向体爬行脚与上圆盘的水平面呈向下倾斜设置，两个上形状记忆弹簧沿上圆盘的第二直线布置且对称设置在上圆孔的两侧，第一直线与第二直线相垂直，两个上形状记忆弹簧与两个向下凸块一一对应，两个上形状记忆弹簧以上圆孔为基准对称设置，从上圆盘的仰视看去，每个上形状记忆弹簧斜向设置在向下凸块的顺时针一侧，且上形状记忆弹簧由上圆盘的边缘向中心、由第二直线向外侧斜向设置，且上形状记忆弹簧与向下凸块固定连接；

下换向体包括下圆盘、两个下换向体爬行脚、两个向上凸块和两个下形状记忆弹簧，下圆盘的中心处设有与上圆孔正对的下圆孔，两个下换向体爬行脚沿下圆盘的第三直线布置且对称设置在下圆盘的两侧，下换向体爬行脚与下圆盘的水平面呈向下倾斜设置，两个下形状记忆弹簧沿下圆盘的第四直线布置且对称设置在下圆孔的两侧，第四直线与第三直线相垂直，两个下形状记忆弹簧与两个向上凸块一一对应，两个下形状记忆弹簧以下圆孔为基准对称设置，从下圆盘的俯视看去，每个下形状记忆弹簧斜向设置在向上凸块的逆时针一侧，且下形状记忆弹簧由下圆盘的边缘向中心、由第四直线向外侧斜向设置，且下形状记忆弹簧与向上凸块固定连接；

上换向体与下换向体上、下设置，且上换向体上的向下凸块和下换向体上的向上凸块均朝向里面，第一直线与第三直线之间的锐角为45°，轴筒的下端穿过上圆孔和下圆孔，封头设置在下圆盘的下面并与轴筒固定连接，所述上换向体爬行脚和下换向体爬行脚均由电致活性聚合物驱动器构成，上形状记忆弹簧和下形状记忆弹簧的材质均为形状记忆合金或形状记忆聚合物。

本发明具有以下有益效果：

一、本发明利用形状记忆弹簧实现驱动机器人转向；四个爬行脚使用智能材料避免了复杂的机械结构和刚性结构，在复杂环境或狭窄空间内运动不会受到限制，环境适应性强；本发明具有自由度较大、控制方式简单、质量轻、成本低、灵活性强、环境适应性好等特点。

二、本发明能够实现模拟动物的爬行并且可以自主改变运动方向，在军事、侦查、探测、医疗等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的外部结构立体图；

图2是本发明的俯视图；

图3是上换向体A与下换向体B分解立体图；

图4是下换向体B的俯视图(去掉两个下换向体爬行脚22)；

图5是上换向体A的仰视图(去掉两个上换向体爬行脚2)；

图6是两个上换向体爬行脚2与上圆盘1的位置关系示意图；

图7是两个下换向体爬行脚22与下圆盘11的位置关系示意图；

图8是两个向下凸块3与上圆盘1的位置关系示意图(两个向下凸块3与上圆盘1的仰视图)；

图9是两个向上凸块33与下圆盘11的位置关系示意图(两个向上凸块33与下圆盘11的俯视图)；

图10是本发明爬行原理示意图(四个爬行脚顺序编号示意图)；

图11是依据爬行方向按图10编号时四个爬行脚的驱动信号时序示意图；

图12是本发明换向原理示意图(即两个上形状记忆弹簧4和两个下形状记忆弹簧44处于初始状态示意图)；

图13是本发明换向原理示意图(两个下形状记忆弹簧44被驱动，下形状记忆弹簧44处于伸展状态示意图)；

图14是本发明换向原理示意图(两个下形状记忆弹簧44冷却后，下形状记忆弹簧44回复至原来的长度示意图)；

图15是本发明再次换向时的原理示意图(即两个上形状记忆弹簧4和两个下形状记忆弹簧44处于初始状态示意图)；