[发明专利]基于子母折纸的形状记忆合金丝驱动软体机器人

说明书

本发明公开了一种基于子母折纸的形状记忆合金丝驱动软体机器人，其包括子母折纸主体和两根SMA丝，所述子母折纸主体由两个子结构、两个母结构组成。所述子结构和母结构均为折纸管结构，且所述折纸管结构是由两个完全相同的Miura折纸基本单元组成的管状结构，折纸管结构关于中间四条折痕线组成的中间对称面左右对称，两侧管口呈菱形；所述子结构与母结构结构相同，子结构尺寸小于母结构尺寸。两根SMA丝分别位于子母折纸主体的上下表面，且被约束为呈U形。本发明的两根SMA丝在交替通电下可使机器人向一个方向前行。子母折纸，具有显著的抗弯、抗扭能力，保证了机器人站立的平稳性，并提供有助于移动的各向异性摩擦机制。

技术领域

本发明属于软体机器人设计领域，具体涉及一种基于子母折纸的形状记忆合金丝驱动软体机器人。

背景技术

刚性机器人由于其笨重、僵硬的框架，不适合收纳、运输或者在狭小的空间中工作，从而如何设计轻质、柔顺的软体机器人成为科学界以及工程领域的重要研究课题之一。

近几十年来，研究人员提出了一种新的结构，称为折纸。折纸这个术语用来描述一种古老的折叠艺术，ori的词根表示折叠，而-gami表示纸张。折纸术的基本理论是将一张纸从二维变形为三维几何镶嵌，近几十年来，这一思想的研究和应用超出了纯粹的美学目的。在刚性折纸图案中，折痕线包围的表面在折叠过程中不允许拉伸或弯曲。刚性折叠、平面折叠和可展的特性使刚性折纸结构具有广泛的潜在应用，作为一种基本的刚性折纸图案，Miura折纸具有几何简单性和优异的机械性能，并能从运动学角度唯一地描述其运动，这种新颖的结构引起了研究人员的注意，并对这种结构的许多不同方面进行了研究。

由于折纸结构的可折叠性与特殊的力学性质，它可以作为如形状记忆合金丝之类的轻质、柔顺驱动材料的良好载体，组成具有移动能力的软体机器人。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于子母折纸的形状记忆合金丝驱动软体机器人。

本发明提供了一种基于子母折纸的形状记忆合金丝驱动软体机器人，其特征在于，包括子母折纸主体和两根形状记忆合金丝，所述子母折纸主体由两个子结构、两个母结构组成。所述子结构和母结构均为折纸管结构，且所述折纸管结构是由两个完全相同的Miura折纸基本单元组成的管状结构，折纸管结构关于中间四条折痕线组成的中间对称面左右对称，两侧管口呈菱形；所述子结构与母结构结构相同，子结构尺寸为母结构尺寸的0.5-0.7倍；

所述基于子母折纸的形状记忆合金丝驱动软体机器人采用如下方法制作：

1)两个母结构以相同的姿态排列，且使两个母结构各自的中间对称面、前后两侧的管壁面均处于竖直状态；将两个母结构紧靠，使两者互补的管壁面互相接触，且中间对称面共面；

2)上下颠倒其中一个母结构，仍使互补的管壁面接触且中间对称面共面；调整其中一个母结构的高度，使一个母结构两侧管口的右下角与另一个母结构两侧管口的左上角贴合，以此状态黏贴两个母结构使其相互固定；

3)在两个母结构的正下方以与母结构相同的姿态各自固定一个子结构，并使两个子结构互补的两个管壁面贴合固定；四个折纸管结构的中间对称面位于竖直平面且共面；

4)两个子结构在下，使两个子结构的三个顶点接触支撑面，放置该折纸主体，将此朝向规定为正放；在两个母结构下表面的三个尖端处分别粘贴一块硅胶泡沫，使一根形状记忆合金丝穿过下表面的三个硅胶泡沫并呈U形；在两个母结构上表面的山线和两个尖端处分别粘贴一块硅胶泡沫，使一根形状记忆合金丝穿过上表面的三个硅胶泡沫并呈W形。

作为本发明的优选方案，所述子结构尺寸为母结构尺寸的0.6倍。

作为本发明的优选方案，所述形状记忆合金丝与折纸主体的固定点之间设置有硅胶泡沫，硅胶泡沫固定在折纸主体的固定点上形状记忆合金丝穿过硅胶泡沫进行固定。