[发明专利]形状记忆合金驱动的仿生爬壁机器人腿单元及机器人

说明书

本发明公开了一种形状记忆合金驱动的仿生爬壁机器人腿单元，包括仿生腿、足模块、减震弹簧、双向形状记忆合金驱动器和单向形状记忆合金驱动器，通过双向形状记忆合金驱动器和单向形状记忆合金驱动器驱动仿生腿的前后和左右移动。本发明还公开了一种形状记忆合金驱动的仿生爬壁机器人，包括上述仿生爬壁机器人腿单元。本发明使用形状记忆合金驱动器，采用仿生结构，实现了机器人在介质表面的爬壁运动；驱动器结构简单、质量轻、运动灵活；足模块采用铁磁性球体，仿生腿运动过程中没有多余的抬腿与再吸附动作，腿部能够提供稳定的支持力和吸附力，支撑点稳定，机器人重心变化小，步态规划简单。

技术领域

本发明涉及爬壁机器人技术领域，具体地，涉及一种形状记忆合金驱动的仿生爬壁机器人腿单元及机器人。

背景技术

仿生多足式爬壁机器人由于具有极强的运动灵活性和越障能力，越来越受到人们的关注。不同于轮式和履带式，多足式爬壁机器人模仿动物的运动方式，能够实现多种运动姿态，适应各种不同的表面环境，应用范围广泛。但多足式爬壁机器人目前多采用电机或者液压驱动，自身重量大，结构复杂；爬行过程中需要实现各足与爬行表面之间的脱离和再吸附，机器人支撑点会发生变化，机器人稳定性和安全性降低，步态设计复杂。

公开号为CN101746429A的中国专利提出了一种六足仿生湿吸爬壁机器人，使用柔性结构，采用模块化设计理念，实现了机器人的壁面爬行功能。但该设计使用了8个电机，设计了单独的拉绳结构和预压结构来实现足垫与壁面剥离和吸附，结构复杂；运动过程中两组仿生肢节交替支撑，机器人稳定性较差。

此外，公开号为CN1385284A的中国专利提出了一种形状记忆合金驱动的微型双三足机器人，采用组合偏动式形状记忆合金驱动器进行驱动，实现了机器人的转弯和直线运动。但该方案中所提出使用的形状记忆合金驱动器包含多个滑轮，结构复杂；且机器人依然通过两组腿的交替抬起、偏转、落地来实现运动，非支撑腿的冗余动作多，步态设计复杂。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种形状记忆合金驱动的仿生爬壁机器人腿单元及机器人，以解决现有多足式爬壁机器人驱动结构和步态设计复杂等问题。

本发明的一个方面提供一种形状记忆合金驱动的仿生爬壁机器人腿单元，安装在仿生爬壁机器人的躯干上，所述仿生爬壁机器人腿单元包括：

仿生腿，所述仿生腿包括第一肢节和第二肢节，所述第一肢节的第一端与所述躯干通过球铰连接，所述第一肢节的第二端与所述第二肢节的第一端通过平面转动副连接，所述第二肢节的第二端安装有足模块；

减震弹簧，所述减震弹簧安装于所述第一肢节与所述躯干之间，且垂直于所述躯干所在的平面；

单向形状记忆合金驱动器，安装在所述第一肢节与所述第二肢节之间，用于驱动所述仿生腿左右移动；以及

双向形状记忆合金驱动器，安装在所述第一肢节与所述躯干之间，用于驱动所述仿生腿前后移动。

优选地，所述足模块包括弹性罩、形状记忆合金环和磁性球，所述弹性罩与所述第二肢节的第二端固定连接，所述磁性球安装于所述弹性罩中，所述形状记忆合金环安装于所述弹性罩的开口处，通过控制形状记忆合金环实现对所述磁性球的锁定与释放，且所述仿生腿移动过程中所述磁性球与吸附表面保持接触。

优选地，加热所述形状记忆合金环至其温度超过相变点，所述形状记忆合金环的直径增大，所述弹性罩的开口增大，释放所述磁性球，所述磁性球在所述弹性罩中转动，使得所述足模块相对于介质表面移动；所述形状记忆合金环冷却后，所述弹性罩的开口处收缩，锁定所述磁性球吸附在介质表面，所述足模块与所述介质表面保持静止。