[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

说明书

本发明提出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，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。本发明中扇形轮可沿支撑框架径向进行移动，实现滚动过程中轮径大小可以调节的功能；而且依次单独控制两侧对称位置的扇形轮沿薄壁曲面进行往复运动，能够实现向前滚动的运动；利用圆锥物体滚动轨迹为圆周的特性，在滚动过程中控制单侧所有扇形轮同时沿曲面薄壁回缩，而另一侧的扇形轮依照特定序列进行回缩，可实现滚动机器人向扇形轮收缩一侧转弯的运动；本发明实现了滚动机器人驱动系统的微型化，大大降低了滚动机器人系统的结构复杂性。

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及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。

背景技术

相比于其他运动方式的机器人，滚动机器人具有运动速度快、结构简单、可靠性强的特点，能够广泛应用在各种任务环境中。目前滚动机器人多由电机驱动，依靠两轮差动实现转弯。这种滚动机器人的转弯结构体积大、结构复杂。中国发明专利CN110171498A提出一种通过推杆向侧面偏移实现转弯的方法，简单可靠，但该方法存在转向结构占用侧向空间大的缺点，一定程度上限制了其应用范围。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出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。

其中所述可转弯滚动机器人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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。