[发明专利]一种基于形状记忆合金的仿实蝇幼虫软体机器人

说明书

本发明提供了一种基于形状记忆合金的仿实蝇幼虫软体机器人，包括头部和躯体部分，所述躯体部分内部设有形状记忆合金，所述头部内设有控制部分，通过控制部分提供周期性的电信号，使形状记忆合金产生周期性运动。所述躯体部分包括至少一个水凝胶主体、脊柱运动体和肌肉运动体；每一所述水凝胶主体的中央部分设有脊柱运动体；若干所述肌肉运动体均布在所述脊柱运动体周围，所述脊柱运动体的材料和肌肉运动体的材料均为形状记忆合金。本发明利用脊柱运动体部分的形状记忆合金弹簧配合分布在其周围的肌肉运动体使软体机器人实现空间三维任意方向的运动。并且可以通过脊柱运动体和肌肉运动体的不同通电断电配合方式实现快速稳定运动。

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，特别涉及一种基于形状记忆合金的仿实蝇幼虫软体机器人。

背景技术

中国专利公开了一种多向蠕动软体机器人。该专利利用形状记忆合金作为驱动方式，将若干形状记忆合金丝均匀的分布于圆周上且于圆环中心相连接，并在弹性环外均匀分布若干静电吸附盘，以提高吸附力和稳定性，通过控制形状记忆合金丝的伸缩以及静电吸盘的吸附配合来实现平面内任意方向移动的功能。该专利能够实现垂直墙壁的攀爬功能，通过简单的形状记忆合金丝排布方式实现了软体机器人的超薄化，但其由于利用静电吸附的方式对爬行面要求较高，环境适应能力有限。

中国专利公开了一种SMA驱动的仿尺蠖模块化软体机器人。该专利所述软体机器人包括控制模块、弯曲模块以及抓持模块。弯曲模块提供驱动力，抓持模块提供软体机器人的固定点，控制模块主要控制弯曲模块的弯曲和伸展以及抓持模块的抓取和释放。通过弯曲模块和加持模块的配合来实现机器人的攀爬运动。此项发明针对性较强，主要是实现攀爬运动，对于平面运动较为困难。

中国专利公开了一种形状记忆合金驱动的软体爬行机器人。该专利主要由单胞单元、伸缩管、控制模块和摩擦腹足组成，通过无线收发控制模块控制嵌入单胞单元中的形状记忆合金丝的收缩与舒张使得单胞单元与伸缩管伸长和缩短，并且依靠摩擦腹足的摩擦受力角度来实现软体机器人的前进以及转向运动。该专利还可通过增加单胞单元的个数和层数来实现蜿蜒运动和抬头运动，但会使该机器人主体宽大笨重。该专利采用水冷的方式加快形状记忆合金丝的形变速度，但其液体空腔中的液体会影响形状记忆合金丝的受热效率，当液体频繁受热温度升高也会影响运动效率。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于形状记忆合金的仿实蝇幼虫软体机器人，利用脊柱运动体部分的形状记忆合金弹簧配合分布在其周围的肌肉运动体使软体机器人实现空间三维任意方向的运动。并且可以通过脊柱运动体和肌肉运动体的不同通电断电配合方式实现快速稳定运动。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于形状记忆合金的仿实蝇幼虫软体机器人，包括头部和躯体部分，所述躯体部分内部设有形状记忆合金，所述头部内设有控制部分，通过控制部分提供周期性的电信号，使形状记忆合金产生周期性运动。

进一步，所述躯体部分包括至少一个水凝胶主体、脊柱运动体和肌肉运动体；每一所述水凝胶主体的中央部分设有脊柱运动体；若干所述肌肉运动体均布在所述脊柱运动体周围，所述脊柱运动体的材料和肌肉运动体的材料均为形状记忆合金；所述脊柱运动体与控制部分电连接，通过温度变化使所述躯体部分直线运动；若干所述肌肉运动体分别与控制部分电连接，通过温度变化使所述躯体部分弯曲运动。

进一步，所述脊柱运动体为单根弹簧，所述弹簧材料为双程记忆效应的形状记忆合金，通过弹簧温度变化，使弹簧实现伸缩。

进一步，所述脊柱运动体包括内弹簧和外弹簧，所述内弹簧和外弹簧同轴安装在水凝胶主体内，所述外弹簧两端分别与内弹簧两端连接；仅所述外弹簧材料为双程记忆效应的形状记忆合金，通过外弹簧温度变化，使外弹簧实现伸缩。

进一步，所述肌肉运动体呈“U”型，所述U型肌肉运动体材料为双程记忆效应的形状记忆合金，通过所述U型肌肉运动体温度的变化，使U型肌肉运动体的开口发生形变。