一种用于仿生机器人的三维柔性器官单元结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种仿生机器人，具体为一种用于仿生机器人的三维柔性器官单元结构。
【背景技术】
[0002]带柔性器官的动物有很多，如章鱼的腕足、大象的鼻子等，其由一种称为肌肉性静水骨fl(Muscular-hydrostats)的三维肌肉阵列来支撑和驱动，其柔性器官可实现极其灵活的动作，在实际中可用于行走或缠绕捕食。
[0003]因此，仿照柔性器官的生理结构以及运动机理，研制出具有柔性器官的仿生机器人，使其不但在水下和陆地复杂环境中均具有高效、灵活、隐蔽的运动能力，还可以充当机械臂对目标进行抓取、拖曳等操作，可成为资源勘探、排险救援和军事侦察等领域的解决方案，具有较高的应用前景。
[0004]而仿生柔性器官机器人研宄的基础和重点，在于其具有柔顺特性的单个器官的仿生研宄。但在目前，国内外对仿柔性器官连续型机器人运动机理的研宄还只是考虑纵肌驱动对连续柔性机器人弯曲变形的影响，无法用于在横肌-纵肌耦合致动下柔性器官机器人本体伸长及刚度变化时的运动学、动力学研宄。以上结构的仿柔性器官的连续型机器人，虽然具有可灵活弯曲、非结构复杂环境适应能力强、无须末端执行器也可完成抓取动作等诸多优点，但是现有的结构基本上都无法实现既可轴向伸长、又能轴向收缩，且结构刚度可变的肌肉性静水骨骼特性，此外其负载能力都不高，很大程度上限制了其作为多柔性器官仿生机器人柔性肢体的可行性。
【实用新型内容】
[0005]针对上述问题，本实用新型设计了一种用于仿生机器人的三维柔性器官单元结构，其为构成仿生柔性器官的基本单元，其不仅可实现轴向伸长，又能轴向收缩，且结构刚度可变，具有很好的负载能力，可用于在横肌-纵肌耦合致动下柔性器官机器人本体伸长及刚度变化时的运动学、动力学研宄。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0007]—种用于仿生机器人的三维柔性器官单元结构，其特征在于:包括至少两个固定平台，相邻固定平台之间由一普通弹性体和若干形状记忆合金弹性体连接，其中普通弹性体位于中心，各形状记忆合金弹性体围绕普通弹性体呈圆周间隔布局设置；每个固定平台朝外呈辐射状分布设有若干形状记忆合金条，每个形状记忆合金条的两侧各设置有曲折状的支撑条，支撑条的两端分别于形状记忆合金条的首尾两头连接，支撑条上的内侧各折叠处与形状记忆合金条之间留有间隙。
[0008]本实用新型单元结构中各固定平台之间通过普通弹性体和若干形状记忆合金弹性体连接，可为两者间提供很好的负载性能。同时通过形状记忆合金弹性体的伸缩变形，可实现基本单元结构的柔性变形，当所有的形状记忆合金弹性体同时伸长或收缩时，可实现单元结构的轴向伸缩运动，而当其中的某一根形状记忆合金弹性体收缩时，该单元就会朝该侧弯曲，可实现单元的弯曲变形。另外，当固定平台上的形状记忆合金条收缩时，底下的由曲折状支撑条构成的菱形结构则会在形状记忆合金条收缩力作用下朝内压缩变形，使整个结构变小瘦身，进而是单元结构紧凑而增强刚度，反之形状记忆合计条的伸长则会使单元结构变大刚性降低。
【附图说明】
[0009]图1、本实用新型的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]如图1所示，一种用于仿生机器人的三维柔性器官单元结构，包括至少两个固定平台1，本实施例中为两个，在实际中可根据需要设定为多个。
[0011]相邻固定平台I之间由一普通弹性体2和若干形状记忆合金弹性体3连接，其中普通弹性体2位于中心，各形状记忆合金弹性体3围绕普通弹性体2呈圆周间隔布局设置。
[0012]每个固定平台I朝外呈辐射状分布设有若干形状记忆合金条4，每个形状记忆合金条4的两侧各设置有曲折状的支撑条5，支撑条5的两端分别于形状记忆合金条4的首尾两头连接。
[0013]本实用新型单元结构中各固定平台I之间通过普通弹性体2和若干形状记忆合金弹性体3连接，可为单元结构提供很好的负载性能。同时通过形状记忆合金弹性体3的伸缩变形，可实现基本单元结构的柔性变形，当所有的形状记忆合金弹性体3同时伸长或收缩时，可实现单元结构的轴向伸缩运动，而当其中的某一根形状记忆合金弹性体3收缩时，该单元就会朝该侧弯曲，可实现单元的弯曲变形。另外，当固定平台I上的形状记忆合金条4收缩时，底下的由曲折状支撑条5构成的菱形结构则会在形状记忆合金条4收缩力作用下朝内压缩变形，使整个结构变小瘦身，进而是单元结构紧凑而增强刚度，反之形状记忆合计条的伸长则会使单元结构变大刚性降低。
[0014]在此，为能保证曲折状支撑条的正常压缩或伸展，所述支撑条5上的内侧各折叠处51与形状记忆合金条4之间必须留有足够的运行间隙。
[0015]综上，本实用新型设计的三维柔性器官单元结构，其为构成仿生柔性器官的基本单元，不仅可实现轴向伸长、又能轴向收缩，且结构刚度可变，具有很好的负载能力，可用于在横肌-纵肌耦合致动下柔性器官机器人本体伸长及刚度变化时的运动学、动力学研宄。
【主权项】
1.一种用于仿生机器人的三维柔性器官单元结构，其特征在于:包括至少两个固定平台，相邻固定平台之间由一普通弹性体和若干形状记忆合金弹性体连接，其中普通弹性体位于中心，各形状记忆合金弹性体围绕普通弹性体呈圆周间隔布局设置；每个固定平台朝外呈辐射状分布设有若干形状记忆合金条，每个形状记忆合金条的两侧各设置有曲折状的支撑条，支撑条的两端分别于形状记忆合金条的首尾两头连接，支撑条上的内侧各折叠处与形状记忆合金条之间留有间隙。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于仿生机器人的三维柔性器官单元结构，包括至少两个固定平台，相邻固定平台之间由一普通弹性体和若干形状记忆合金弹性体连接，其中普通弹性体位于中心，各形状记忆合金弹性体围绕普通弹性体呈圆周间隔布局设置；每个固定平台朝外呈辐射状分布设有若干形状记忆合金条，每个形状记忆合金条的两侧各设置有曲折状的支撑条，支撑条的两端分别于形状记忆合金条的首尾两头连接，支撑条上的内侧各折叠处与形状记忆合金条之间留有间隙。本实用新型设计的基本单元，其不仅可实现轴向伸长，又能轴向收缩，且结构刚度可变，具有很好的负载能力，可用于在横肌-纵肌耦合致动下柔性器官机器人本体伸长及刚度变化时的运动学、动力学研究。
【IPC分类】B25J11-00
【公开号】CN204487580
【申请号】CN201520175562
【发明人】何建慧, 章永华
【申请人】何建慧, 台州职业技术学院
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月27日