阅读说明：本技术 一种基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人 (Multi-step mobile soft robot based on shape memory alloy ) 是由 李卫东 胡殿刚 杨磊 肖锦华 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人,包括单元主体、支撑腿、转向记忆合金、记忆弹簧以及调温装置,单元主体具有弹性,多个支撑腿上端一侧与单元主体铰接,其上端相对的另一侧通过记忆弹簧与单元主体连接,供以支撑单元主体,转向记忆合金固定设置于单元主体两侧,调温装置用于升高或降低转向记忆合金和记忆弹簧的温度,使转向记忆合金和记忆弹簧伸长或缩短。实施本发明实施例,具有如下有益效果：本基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人仅依靠单列结构,通过在单元主体两侧设置转向记忆合金,就能够实现软体机器人的转向,结构更加简单小巧,能够适用于对软体机器人体积要求更加严苛的场景。(The invention relates to a multi-step-state mobile soft robot based on shape memory alloy, which comprises a unit main body, supporting legs, steering memory alloy, a memory spring and a temperature adjusting device, wherein the unit main body has elasticity, one side of the upper ends of the supporting legs is hinged with the unit main body, the other side opposite to the upper ends of the supporting legs is connected with the unit main body through the memory spring to support the unit main body, the steering memory alloy is fixedly arranged on two sides of the unit main body, and the temperature adjusting device is used for increasing or reducing the temperature of the steering memory alloy and the memory spring to enable the steering memory alloy and the memory spring to extend or shorten. The embodiment of the invention has the following beneficial effects: this many attitude removal software robot based on shape memory alloy only relies on single-row structure, through set up the memory alloy that turns to in unit main part both sides, just can realize turning to of software robot, and the structure is small and exquisite more simply, can be applicable to the scene that requires stricter to the software robot volume.)

一种基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，尤其涉及一种基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人。

背景技术

软体机器人是由各种柔性材料制成的新型机器人，具有无限的自由度和连续变形能力，能够在很大范围内任意改变机器人的形状和尺寸。与刚性机器人相比，软体机器人适应性强，安全性高，有良好的人机交互能力，在许多领域具有广泛的应用，如工业、农业、医疗、救灾等。目前，常见的驱动方式包括形状记忆合金或聚合物驱动，介电弹性体驱动，流体驱动。

形状记忆合金是一种具有形状记忆能力的合金，变形后可在加热后恢复其初始形状。形状记忆合金具有两种金相组织：无序的马氏体和有序的奥氏体。在变形过程中，记忆合金有两个变形温度范围。低温范围内，它从奥氏体相变成马氏体；而在高温范围内，则从马氏体相变成奥氏体。这种现象称之为形状记忆效应。

现有的记忆合金软体机器人，如申请号为201711153544.1公开的一种形状记忆合金驱动的软体爬行机器人，为了实现转弯的功能，包含了并排的两列软体细胞，导致整个软体机器人的结构较为复杂，不利于实现机器人的小型化。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人，用以解决现有技术中软体机器人含有并排结构，结构较为复杂的技术问题。

本发明提供一种基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人，该基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人包括：单元主体、多个支撑腿、转向记忆合金、记忆弹簧以及调温装置，单元主体具有弹性，支撑腿上端朝向前进方向的一侧与单元主体铰接，其上端背向前进方向的一侧通过记忆弹簧与单元主体连接，供以支撑单元主体，转向记忆合金沿前进方向固定设置于单元主体两侧，调温装置用于升高或降低转向记忆合金和记忆弹簧的温度，使转向记忆合金和记忆弹簧伸长或缩短。

进一步的，基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人还包括连接弹簧，至少两个主体单元首尾依次通过连接弹簧连接。

进一步的，转向记忆合金为长条形，平行布置于单元主体两侧。

进一步的，调温装置包括电源、电热丝、风扇以及单刀双掷开关，电热丝与风扇并联，并通过单刀双掷开关与电源串联，电热丝用于加热转向记忆合金或记忆弹簧，风扇用于向转向记忆合金或记忆弹簧鼓风散热。

进一步的，基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人还包括套设于支撑腿底部的摩擦垫。

进一步的，转向记忆合金直径在1mm-1.2mm范围内，长度在250mm-350mm内。

进一步的，记忆弹簧未变形时丝径为1.2mm，截面直径为11mm，长度为8.4mm。

进一步的，记忆弹簧相变温度为85℃。

进一步的，记忆弹簧未变形时，支撑腿上端面与单元主体夹角为15°。

进一步的，记忆弹簧变形伸长时，支撑腿上端面与单元主体夹角为45°。

与现有技术相比，本基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人仅依靠单列结构，通过在单元主体两侧设置转向记忆合金，就能够实现软体机器人的转向，结构更加简单小巧，能够适用于对软体机器人体积要求更加严苛的场景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如下。本发明的

具体实施方式

由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人的结构示意图；

图2为本发明提供的基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人转弯时的俯视图；

图3为调温装置的电路图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参见图1与图2，本基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人包括单元主体1、支撑腿2、转向记忆合金3、记忆弹簧4以及调温装置。其中单元主体1具有弹性，能够弯曲，一般为硅胶圆柱体结构。单元主体1可以具有空腔结构，以承担运输功能。

每个主体单元1下方安装有多个支撑腿2，支撑腿2起到支撑主体单元1以及移动的功能。支撑腿2上端朝向本机器人前进方向的一侧与单元主体1铰接，支撑腿2上端背向前进方向的一侧通过记忆弹簧4与单元主体1连接。在本实施例中，支撑腿2可以采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料。主体单元1在行进时为了避免打滑，可以在支撑腿2底部套设有摩擦垫5，以增大摩擦力。

在本实施例中，记忆弹簧4优选丝径为1.2mm，截面直径为11mm，长度为8.4mm。相变温度设置为85℃，加热记忆弹簧4伸长，冷却记忆弹簧4收缩。记忆弹簧4未变形时，支撑腿2上端面与单元主体1夹角为15°。记忆弹簧4变形伸长时，支撑腿2上端面与单元主体1夹角为45°，变形幅度为30°。

转向记忆合金3固定设置于单元主体1两侧，为了获得良好的转向效果，在本实施例中，转向记忆合金3设计成长条形，沿单元主体1前进的方向平行布置于单元主体1两侧。在本实施例中，转向记忆合金3直径优选为1mm-1.2mm范围内，长度优选为250mm-350mm内。

调温装置用于升高或降低转向记忆合金3和记忆弹簧4的温度，即每个转向记忆合金3和记忆弹簧4单独设置一个调温装置，用于进行控温。加热转向记忆合金3或记忆弹簧4，转向记忆合金3或记忆弹簧4就会伸长。当转向记忆合金3或记忆弹簧4的温度降低，其长度就会缩短。

参见图3，在本实施例中，调温装置包括电源71、电热丝72、风扇73以及单刀双掷开关74。其中电热丝72与风扇73并联，并通过单刀双掷开关74与电源71串联。电源71可以采用蓄电池，电热丝71用于加热转向记忆合金3或记忆弹簧4，在其他实施例中也可以直接将转向记忆合金3或记忆弹簧4接入到电路中，替换掉电热丝72，直接通电加热。风扇73用于向转向记忆合金3或记忆弹簧4鼓风散热，使其温度降低，收缩长度。

根据实际需要，可以将两个或两个以上单元主体1首尾依次串联在一起使用，相邻两个单元主体1之间通过连接弹簧6连接。

本软体机器人完成一个完整的爬行运动可以分解成伸张和收缩两个过程。在伸张过程时，记忆弹簧4加热伸长，并将支承腿2推出，机器人向前移动一段距离。记忆弹簧4保温，支承腿2保持伸出状态，由于摩擦垫5的作用固定在路面上。在收缩过程时，记忆弹簧4冷却收缩，带动支承腿2缩回，机器人完成一个运动周期。重复以上两个过程，机器人可以连续向前移动。

当机器人需要转向避障时，单元主体1需要转向的对侧的形状记忆合金线3加热伸长，单元主体弯曲，并辅以上述的前进动作，完成转向动作。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本基于形状记忆合金的多步态移动软体机器人仅依靠单列结构，通过在单元主体两侧设置转向记忆合金，就能够实现软体机器人的转向，结构更加简单小巧，能够适用于对软体机器人体积要求更加严苛的场景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。