[发明专利]一种SMA驱动的多节仿生尾装置

说明书

本发明公开了一种SMA驱动的多节仿生尾装置，包括：第一架盘、弹性连接件以及形状记忆合金丝；其中：第一架盘间隔设置多个，第一架盘之间通过所述的弹性连接件连接，构成仿生尾主体；记忆合金丝分布在相邻的第一架盘之间，通过给记忆合金丝通断电以改变记忆合金丝的长度，从而改变相邻的第一架盘的相对位置关系；记忆合金丝在第一架盘的圆周方向上分布多段，每一段记忆合金丝采用独立的通断电控制方式。本发明的多节式仿生尾装置，能够产生多自由度旋摆运动，在仿生机器人运动过程中，借助记忆合金丝的双程记忆效应，调节仿生尾旋摆形态进而调控仿生机器人身体的姿态，有效避免其在高速运动中失稳事故的发生，提高仿生机器人运动快捷灵活性。

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿生动物多节式尾部结构的机器人平衡调节装置，适用于提升仿生机器人运动快捷灵活性的场合。

背景技术

仿生机器人在抢险救援、反恐及地面作战等领域日益受到重视。这些场合，由于地形和作业环境的复杂性，往往要求仿生机器人具有良好的运动灵活性。现有绝大部分仿生机器人主要包含躯干和四肢两部分。目前，受美国国防部资助，仿生机器人BigDog、WildCat、Cheetah等代表了高性能运动的领先水平。然而这些机器人因受限于姿态调控与平衡技术的不足，其奔跑速度及快捷灵活性的提升已受到明显制约。

经过亿万年的进化，尾巴成为世界上绝大多数动物重要的平衡器官，在其复杂地形高速运动中起了姿态调节与平衡控制的作用。为了使仿生机器人在非结构化复杂环境具有快捷灵活的运动性能，解决复杂地形高速运动的姿态快速调控问题，越来越多的学者开始重视仿生尾巴的作用，尝试通过将其引入机器人的设计以提高其运动性能。

麻省理工学院研制的猎豹机器人Cheetah Robot增加了单节尾巴以进行姿态调控；加州大学伯克利分校设计了利用尾巴单方向旋摆调节身躯姿态的壁虎机器人；开普敦大学设计的Dima仿生猎豹，通过尾巴调节身躯姿态，使其具有高速转弯的能力。国内也对仿生尾姿态调控与平衡能力展开了相关研究，西北工业大学仿袋鼠设计了双足跳跃式机器人，该机器人可通过尾巴摆动平衡跳跃过程中的多余角动量，保证机器人运动稳定性；北京交通大学设计带头尾协调装置的四足机器人，通过样机试验，证实了头、尾等附属肢体作为调节装置对改善四足机器人动态运动性能具有积极作用；南京航空航天大学设计的大壁虎机器人有着长长的尾巴，可用于地震搜救、反恐侦查以及未来外太空飞船舱外清洁等场合。

综上所述，将仿生尾引入机器人改善了机器人的运动快捷灵活性，但现阶段仿生尾结构模式与生物形态存在较大差异，绝大部分将其简化为单刚体模型，只有一个俯仰自由度，自平衡只能在二维平面内完成，其空间调节有效性、响应速度、姿态调控能力等方面均不能比拟动物尾巴。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种形状记忆合金(SMA)丝驱动的多节仿生尾装置，仿生自然界中动物的多节尾巴结构，能够产生多自由度旋摆运动，在仿生机器人运动过程中，借助形状形状记忆合金丝的双程记忆效应，调节仿生尾旋摆形态进而调控仿生机器人身体的姿态，有效避免其在高速运动中失稳事故的发生，提高仿生机器人运动快捷灵活性。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种SMA驱动的多节仿生尾装置，包括：第一架盘、弹性连接件以及记忆合金丝；其中：

第一架盘间隔设置多个，第一架盘之间通过所述的弹性连接件连接，构成仿生尾主体；

记忆合金丝分布在相邻的第一架盘之间，通过给记忆合金丝通断电以改变记忆合金丝的长度，从而改变相邻的第一架盘的相对位置关系；所述的记忆合金丝在第一架盘的圆周方向上分布多段，每一段记忆合金丝采用独立的通断电控制方式。

进一步地，所述的第一架盘设置复数个，当记忆合金丝不通电时，所有的第一架盘沿轴向排布，且第一架盘的直径沿轴向逐渐减小。