[发明专利]一种记忆合金驱动多轴舵机

说明书

技术领域

本发明涉及一种记忆合金驱动多轴舵机，可以同时产生两个或三个方向的角位移和转动力矩，属于一种机械驱动装置。

背景技术

现有舵机使用电磁马达驱动，经过减速器产生单一方向的角位移和转动力矩，可以驱动机器人关节等机械设备。但机器人关节如需达到人体关节（如肩关节）的高灵活性，必须产生多个轴向（滚转X轴、俯仰Y轴、偏航Z轴）的角位移和转动力矩。常用方案是串联多个关节驱动器（如舵机），产生上述多个轴向的角位移和转动力矩。但串联关节机构存在如下问题：

1)刚性低，串联关节末端积累误差；

2)占用空间大，功率比低；

3)难以实现同心转动，即多个运动轴相交于同一点。

上述问题造成机器人特别是仿照人体手臂的多轴关节机器人，其成本高、体积庞大、复杂度高。

并联机构（ParallelMechanism）是一种能够同时提供多个轴的角位移和转动力矩、多个方向的线性位移和驱动力的高灵活性驱动机构，具有机构刚度高、无积累误差、承载力大、占用空间小等优点，已经广泛应用于多轴机床、大型机器人等领域。但现有的并联机构使用液压或气压缸作为驱动器，需要压力源与工质循环系统才能工作，只能应用于大型设备上，难以小型化。

记忆合金驱动器是一种新发展的高效驱动器，利用金属相变造成的弹性系数变化，产生往复的驱动力，可以电阻热引发记忆合金相变，使用电源供能即可，无需复杂供能设备。同时记忆合金功率密度大，仅需很小体积即可产生较高机械功率，便于驱动器小型化。通过将记忆合金材料加工成不同尺寸、绕数的弹簧、卷簧等特殊形状，可以产生不同行程、力速比（一定功率下，驱动力和驱动速度的比例）的线性、转动驱动器，具有极大的灵活性，不需减速装置调节力速比，可以进一步减少结构尺寸。

发明内容

本发明提供了一种记忆合金驱动多轴舵机，该舵机使用多个记忆合金驱动器组成并联机构，组成一种能够产生多轴（滚转X轴、俯仰Y轴、偏航Z轴）角位移和转动力矩的驱动装置，可以替代现有串联舵机驱动装置，应用于机器人、摄像机云台、3D打印等需要高灵活性运动机构的领域。

该记忆合金驱动多轴舵机，其特征在于：

包括上固定端和下固定端，上固定端和下固定端之间通过一组多向轴承相铰接，上、下固定端上各设有3个以上锚点，3组以上记忆合金线性驱动器两端分别锚定在上、下固定端上的锚点之间，共同组成并联驱动机构；

工作时，通过给记忆合金线性驱动器供电，使其产生驱动力，通过调节电流大小时驱动力产生差异，使并联驱动机构产生所需的角位移和转动力矩。

可选地，所述多向轴承为球头轴承，并联驱动机构能够产生3个方向的角位移和转动力矩。

可选地，所述多向轴承为十字轴轴承，并联驱动机构能够产生2个方向的角位移和转动力矩。

可选地，所述记忆合金线性驱动器形状可为线状或弹簧状。

可选地，所述记忆合金线性弹簧驱动器可为压簧型、拉簧型、拉压双向型；较优地，使用拉簧型记忆合金线性弹簧驱动器。

可选地，通过增加固定端直径并增加锚点间距，可以加强多轴舵机各轴的转动力矩。

可选地，通过增加固定端间距，可以加大多轴舵机各轴的转动范围。

可选地，锚点排列为中心对称时，绕滚转X轴、俯仰Y轴的转动力矩和转动范围相等。

可选地，锚点排列可以偏移对称位置，以加强绕特定轴线的转动力矩和转动范围。

本发明的有益效果如下：

1)继承了并联机构的多轴运动特性：将多个转动轴集成到较小的空间结构中，并实现了多轴共心。

2)继承了记忆合金驱动器的高功率密度：无需减速器、工质、压力源，大大提高了整体功率密度。

3)继承了记忆合金驱动器的性能多样性：可以通过改变形状实现多种力-位移性能。

4)可以通过增减记忆合金驱动器的数量，调整记忆合金驱动器锚点位置，实现更大的性能多样性。

5)没有机械传动装置，容易实现微型化。

可见本发明继承了并联机构和记忆合金驱动器的优点，并体现出更优越、灵活多样的性能，能够广泛应用于机器人关节驱动器、摄像机云台、3D打印等需要高灵活性运动机构的领域。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构侧视图；

图2为本发明实施例一的结构俯视图；

图3为本发明实施例一的结构3D图,静止的工作状态示意图；

图4为本发明实施例一的绕滚转X轴旋转的工作状态示意图；