[发明专利]一种形状记忆合金驱动的超冗余连续体机器人

说明书

本发明涉及一种形状记忆合金驱动的超冗余连续体机器人，由控制箱和安装在控制箱一侧的三个结构完全相同的关节通过连接件首尾串联在一起构成，每个关节均由两组具有平面三自由度的可变形桁架单元组成。每个关节均有形状记忆合金弹簧作为驱动器，通过在每个关节之间布置合适尺寸的电路板，利用形状记忆合金弹簧通电加热从而发生相变收缩的特性，可以实现分别控制三个不同关节的弯曲变形，通过不同关节之间的耦合运动以此实现连续体机器人的运动。本发明能够直接通过电流加热驱动形状记忆合金弹簧，具有结构简单，质量轻，控制容易的优点，每个关节的自由度可通过形状记忆合金弹簧进行独立控制。

技术领域

本发明涉及连续体机器人领域，特别涉及一种形状记忆合金驱动的超冗余连续体机器人。

背景技术

连续体机器人是一种柔顺、灵活性高的新型仿生机器人。利用本体的弹性变形使机器人沿长度方向连续弯曲，以形成类似大象鼻子、章鱼触手的运动。通过改变自身的外形，连续体机器人可以灵活地绕过各种障碍物，或穿过狭小弯曲的孔洞，非常适合非结构化环境和空间受限环境应用。除此之外，类似于大象通过鼻子抓取食物的动作，连续体机器人也可以仅通过本体实现物体的抓取。以上这些优异的性能使来连续体机器人在航空检测、医疗外科、城市救援、工业制造等领域有巨大的应用前景。

国内外在连续体机器人领域有诸多研究成果。例如德国Festo公司研制的气动象鼻型机械臂，英国OC Robotics公司研制的电机驱动的蛇形臂机器人，McMahan等人研制的同时引入气动与电缆驱动的Air-Octor机器人。以及国内哈尔滨工业大学胡海燕等研制的线驱动连续型机械臂。

传统的连续体机器人一般采用气动或电机带动的绳索等方式驱动，其中气动驱动需要外置空气压缩机，难以小型化。电机带动绳索驱动虽然可以提供较大的驱动力，但是在结构设计上尺寸较大。此外，传统的连续体机器人都由柔性关节构成，虽然能够自由的弯曲，但其承载能力非常小，无法抓取重量较大的物体。因此，既能保证连续体机器人自由弯曲的能力，又能让其具有较大的承载能力以及较小的重量，是连续体机器人未来研究过程中需要解决的关键技术难题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，针对现有连续体机器人承载能力低、驱动重量大、难以小型化的问题，提出一种形状记忆合金驱动的超冗余连续体机器人。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种形状记忆合金驱动的超冗余连续体机器人，由控制箱和安装在控制箱一侧的三个或三个以上的结构完全相同的关节通过连接件首尾串联在一起而形成的一种刚柔耦合连续体机器人，所述的每一个关节均由两组具有平面三自由度的可变形桁架单元组成。每个构架均有形状记忆合金弹簧作为驱动器，在每个关节两端平台布置合适尺寸的电路板，利用形状记忆合金弹簧通电加热从而发生受热变形的特性，实现独立控制三个不同关节的弯曲变形，通过不同关节之间的耦合运动以此实现连续体机器人的运动。每个关节均有被动可变形桁架单元作为该机器人的支撑件，通过形状记忆合金弹簧的驱动使解锁的可变形桁架杆实现伸缩运动

，使得机器人既能连续弯曲，又大大增强了连续体机器人的承载能力。