[发明专利]一种形状记忆合金驱动的多腔软体爬行机器人及爬行方法

说明书

本发明提供了一种形状记忆合金驱动的多腔软体爬行机器人及爬行方法，包括前驱动模块、后驱动模块、伸缩模块、冷却系统和腹足；前驱动模块、后驱动模块和伸缩模块提供驱动力。当后驱动模块中的SMA弹簧通电，其温度升高发生收缩变形的同时，将硅胶外壳空腔内的冷却液挤压进伸缩模块，从而使得伸缩模块也变形伸长，提供二次推动力；当SMA弹簧断电后恢复，带动驱动模块恢复原长度时，腹足可拉动爬行机器人向前驱动模块所在方向运动。本发明在驱动部分采用SMA弹簧‑流体复合驱动，提高了整体驱动速度此外还设计了冷却系统，提高了SMA弹簧断电后恢复速度，缩短了工作周期。

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，尤其涉及到一种基于形状记忆合金驱动的多腔软体爬行机器人。

背景技术

随着科技的发展，机器人已经广泛运用于医疗、救援、工业、农业等多种领域。但现有机器人大部分是传统刚性机器人，运动速度快、精度高、易于控制。但因其结构复杂、灵活性差、环境适应性不佳等缺点不能满足人们对当前复杂工作环境的要求，促使越来越多的研究人员开发软体机器人。

自然界许多生物具有柔软的身体，行动灵活，具有强大的环境适应性。相应的，使用软材料制成的爬行机器人，可在一定范围内改变自身的形状和尺寸，拥有连续变形能力，能更好的适应自然界中的复杂地形。

目前基于SMA驱动的爬行机器人一般采用单一驱动方式，申请号为201810549054.1的专利公开了基于SMA弹簧驱动的仿毛虫机器人，单一使用SMA弹簧驱动，未结合其他驱动方式，整体运动速度还有待提高。另一方面，目前制约SMA作为柔性驱动器的最大因素是SMA断电后散热慢，它导致了SMA驱动周期长，整体驱动频率不高。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于形状记忆合金驱动的多腔软体爬行机器人，通过SMA(形状记忆合金)弹簧驱动前、后腔体实现整体爬行运动的软体机器人。本发明在驱动部分采用SMA弹簧-流体复合驱动，提高了整体驱动速度。此外还设计了冷却系统，提高了SMA弹簧断电后恢复速度，缩短了工作周期。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于形状记忆合金驱动的多腔软体爬行机器人，包括后驱动模块、前驱动模块、伸缩模块、轴承和夹具；所述后驱动模块和前驱动模块结构相同；后驱动模块和前驱动模块之间设置有伸缩模块；所述后驱动模块包括SMA弹簧、回复弹簧和导热硅胶薄膜；所述SMA弹簧和回复弹簧耦合在一起组成耦合体，耦合体外侧套装有导热硅胶薄膜，耦合体两端通过夹具夹持，夹具安装在轴承内圈，在导热硅胶薄膜外侧套装有硅胶外壳，且导热硅胶薄膜与硅胶外壳之间有冷却液；所述冷却液可以通过夹具进入伸缩模块；所述伸缩模块在冷却液作用下可以伸缩；所述轴承外圈上套装有腹足基座；所述腹足基座通过连接弹簧与腹足连接。

上述方案中，所述夹具为圆柱形结构，且两端粗中间细，中段细圆柱形结构外侧壁上开设有孔。

上述方案中，所述夹具的前段置于导热硅胶薄膜内，夹具的前段用于夹持耦合体，孔用来流入或者流出冷却液；夹具的后段与伸缩模块相通。

上述方案中，所述伸缩模块为液压驱动的折叠式伸缩管。

上述方案中，所述伸缩模块外部呈现波纹状，内部为空腔结构。

上述方案中，所述SMA弹簧通电后温度升高发生收缩变形，将硅胶外壳空腔内的冷却液挤压进伸缩模块，从而使得伸缩模块变形伸长。

上述方案中，所述腹足包括足部前端和足部后端；所述足部前端和足部后端组成半球形结构；所述足部前端置于足部后端的后侧，且足部前端材料的摩擦力大于足部后端材料的摩擦力。

上述方案中，还包括控制模块，所述控制模块包括单片机和电磁继电器，单片机负责发布指令和信号转化，将电控代码输入单片机后，生成方波电压信号，利用电磁继电器可以控制电源的通电和断电时间。