[发明专利]一种基于形状记忆合金驱动的可转弯滚动机器人及控制方法

权利要求书

1.一种基于形状记忆合金驱动的可转弯滚动机器人，其特征在于：包括连接杆和连接杆连接的两个可变半径轮，可变半径轮包括支撑框架、扇形轮、普通弹簧、形状记忆合金弹弹簧；

所述支撑框架的中心为方框-圆盘结构，方框位于圆盘中心，方框四个侧面上对应的结构相同；对于某一侧面而言，该侧面中心有一圆柱，圆柱外侧为对称分布的曲面薄壁，圆柱与曲面薄壁存在间隙，且曲面薄壁长度远长于圆柱；圆柱与普通弹簧形成同心嵌套配合，方框侧面与普通弹簧末端接触；曲面薄壁外端与所述扇形轮形成移动副，同时防止扇形轮相对于曲面薄壁发生相对转动；方框边缘设有用于限制形状记忆合金弹簧端部发生轴向位移的结构，且能够防止形状记忆合金弹簧末端脱离方框；

所述扇形轮设有耳板，与扇形轮盘保持垂直，耳板周围设置有用于限制形状记忆合金弹簧另一端部发生轴向位移的结构，且防止形状记忆合金弹簧末端脱离耳板；耳板设有弧形通孔，与曲面薄壁形成移动副，实现扇形轮沿支撑框架径向进行移动；耳板表面与普通弹簧末端接触；

所述普通弹簧在机器人滚动前呈自然状态；

所述形状记忆合金弹簧具有单程形状记忆效应，在机器人滚动前呈自然状态；

所述连接杆与两侧支撑框架方框中心固定连接。

2.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金驱动的可转弯滚动机器人，其特征在于：所述连接杆为圆柱形杆件，用于与支撑框架方框中心的通孔形成过盈配合，实现两侧支撑框架的固定连接。

3.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金驱动的可转弯滚动机器人，其特征在于：方框边缘设置的用于限制形状记忆合金弹簧端部发生轴向位移的结构，以及耳板周围设置的用于限制形状记忆合金弹簧另一端部发生轴向位移的结构为两个相对布置的倒钩。

4.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金驱动的可转弯滚动机器人，其特征在于：方框边缘设置的两个相对布置的倒钩对称分布在圆柱两侧，并与曲面薄壁呈十字交叉分布；耳板周围设置的两个相对布置的倒钩与弧形通孔呈十字交叉分布在耳板上。

5.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金驱动的可转弯滚动机器人，其特征在于：所述普通弹簧具有双平末端，与方框各个侧面上的圆柱同心配合，内侧末端接触方框侧面，外侧末端与扇形轮上的耳板内侧面接触。

6.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金驱动的可转弯滚动机器人，其特征在于：所述形状记忆合金弹簧具有双平末端，与方框各个侧面上的曲面薄壁同心配合，内侧末端被方框边缘的倒钩固定，外侧末端被扇形轮耳板边缘的倒钩固定，具有单程形状记忆效应，在滚动前呈自然状态。

7.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金驱动的可转弯滚动机器人，其特征在于：所述支撑框架中的圆盘为电池和控制电路板提供安装位置。

8.一种权利要求1所述可转弯滚动机器人的控制方法，其特征在于：在直线滚动模式中，通过连接杆连接的两个可变半径轮上的所有结构运动顺序和状态均一致，控制过程包括以下步骤，以顺时针滚动进行说明：

第一步：开始直线滚动时，位于左侧两个扇形轮处的形状记忆弹簧首先通电收缩，扇形轮沿曲面薄壁向内侧移动，此时整体结构左右不对称出现顺时针滚动力矩，驱动机器人向右侧滚动；

第二步：当滚动机器人向右滚动至每个可变半径轮上均有2个扇形轮接触地面时，整体结构依靠4个扇形轮与地面接触点之间支撑，整体结构相对稳定；

第三步：位于右侧并与地面接触的扇形轮上的形状记忆合金弹簧通电收缩，整体结构失去稳定支撑，产生顺时针滚动力矩驱动机器人滚动前进；与此同时上一步通电收缩的形状记忆合金弹簧断电，在普通弹簧的弹力作用下断电的形状记忆合金弹簧恢复原长；

第四步：当滚动机器人处于第三步通电的形状记忆合金弹簧对应的扇形轮与地面正向接触状态时，使第三步通电的形状记忆合金弹簧断电，在普通弹簧的辅助下滚动机器人完成一个直线滚动周期。

9.根据权利要求8所述控制方法，其特征在于：当需要向一侧转弯时，该侧可变半径轮上的4个形状记忆合金弹簧全部通电收缩，驱使扇形轮向内侧移动，另一侧可变半径轮保持初始状态不变；两侧可变半径轮直径不同，当另一侧可变半径轮按照直线滚动模式运动，可转向滚动机器人由于内外两侧轮径不同产生圆周运动，实现滚动转弯功能。