[发明专利]一种SMA驱动的二自由度仿人眼部机构

说明书

本发明公开一种SMA驱动的二自由度仿人眼部机构，主要包括：两个左右驱动机构、上下驱动机构和两个中间连接件；仿人眼球安装在中间连接件上，左右驱动机构分别驱动对应的中间连接件左右转动，上下驱动机构同时驱动两个中间连接件上下转动。所述两个左右驱动机构、上下驱动机构采用3对SMA驱动弹簧进行驱动，SMA功率密度比高、驱动电压低、体积小、噪音低，可在满足驱动力/力矩的情况下缩小体积，满足仿人头部的要求。通过2个方向的传动装置传动，可实现眼球的上下、左右移动，完成2个自由度的运动。本发明可应用于面部表情机器人、仿人头部机器人、服务机器人等人机交互的场合与情景。

技术领域

本发明涉及一种仿生机构，更具体地说是涉及一种SMA驱动的二自由度仿人眼部机构。

背景技术

形状记忆合金(shape memory alloys，SMA)是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应(shape memory effect，SME)的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是目前形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种。形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。

目前仿人服务机器人已经成为了机器人研究领域的一大热点，这类机器人可打扫卫生、接待客人、照顾老人与儿童、在公共场合提供交互式咨询服务等，应用十分广泛。美国著名心理学家Albert Mehrabian经过研究发现，人在进行情感表达时，55％的内容是由人的情感与动作来表达的，可见表情交流的重要性。

仿生眼部机构即模仿人的眼部结构，实现仿人眼球的上下、左右等运动，实现人机交互的功能。目前的仿人眼部机构多采用电机驱动，存在结构复杂繁琐，运动灵活性差，运动精度低，机构运动摩擦阻力大、噪声大等问题，机构卡死现象时有发生，整体机构动作协调性不高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种SMA智能材料驱动的二自由度仿人眼部机构，结构简单、紧凑、噪音小、成本低，提高功率密度比，且能实现类似人眼的上下、左右方向的运动。

本发明提供一种SMA驱动的二自由度仿人眼部机构，包括：两个左右驱动机构、上下驱动机构和两个中间连接件；仿人眼球安装在中间连接件上，左右驱动机构分别驱动对应的中间连接件左右转动，上下驱动机构同时驱动两个中间连接件上下转动；

所述左右驱动机构包括两根左右布置的第一SMA驱动弹簧、左右传动带轮和传动件，两根第一SMA驱动弹簧一端固定在左右传动带轮上另一端接电源，传动件一端与左右传动带轮相连接另一端与中间连接件相连接，左右传动带轮转动时通过传动件带动中间连接件左右转动；

所述上下驱动机构包括两根上下布置的第二SMA驱动弹簧、上下传动带轮和传动轴，两根第二SMA驱动弹簧一端固定在上下传动带轮上另一端接电源，传动轴穿过上下传动带轮的中心通孔并与上下传动带轮固定连接，传动轴两端分别与两个中间连接件转动连接，上下传动带轮转动时通过传动轴带动中间连接件上下转动。

在本发明的SMA驱动的二自由度仿人眼部机构中，还包括底座、弹簧支撑机构和两个传动轴支撑机构；所述第一SMA驱动弹簧和第二SMA驱动弹簧通过弹簧支撑机构固定到底座上；所述传动轴通过传动轴支撑机构固定到底座上，两个传动轴支撑机构对称支撑在传动轴两端，所述传动轴支撑机构由支撑件和轴承构成，所述轴承安装在支撑件上，传动轴通过轴承与支撑件转动连接。

在本发明的SMA驱动的二自由度仿人眼部机构中，所述弹簧支撑机构包括对称设在底座两侧的第一支撑板和设置在两个第一支撑板中间的第二支撑板，第一SMA驱动弹簧通过第一支撑板固定到底座上，第二SMA驱动弹簧通过第二支撑板固定到底座上。

在本发明的SMA驱动的二自由度仿人眼部机构中，传动轴包括轴和设置在轴两端的拨叉，其中一个拨叉与轴固定为一体，另一个拨叉与轴通过键连接。