一种增材制造仿生智能驱动构件

1.本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种增材制造仿生智能驱动构件。


背景技术：

2.随着科学技术的进步，机械臂在机械制造、模具加工、汽车装配等工业领域得到了广泛的应用和发展，可以在恶劣的环境下代替人类完成抓取放置、封装喷涂、高温焊接等工作，这其中，驱动构件显得尤为重要。
3.机械臂基于人类手臂形状与功能进行仿生设计，其驱动构件多分为刚性驱动和柔性驱动两大类，近年来，由于刚性驱动所存在的笨重、不宜在小小空间工作的缺陷，柔性驱动凭借质量轻、功耗小、负载比高等优势得到了工业领域的广泛认可和应用，其能够在未知环境中产生交互性，提高机械臂的适应能力。
4.然而，当前部分驱动构件所包含的元件由于刚度较低，在工作中容易产生不稳定的系统干扰，引起机械臂的振动和弯曲变形，从而导致控制难度大大增加。
5.因此，在保证机械臂移动性和灵活性特点的基础上，开发一种结构简单、减少系统振动干扰，提高稳定性的智能驱动构件很有必要。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种增材制造仿生智能驱动构件，以解决上述现有技术存在的问题，基于机械臂高效、节能、尽可能结构简单的设计理念，利用通电电流所产生的热量直接驱动变形。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种增材制造仿生智能驱动构件，包括一个基座、多个连接块、多个形状记忆合金构件、一个输出端和多个两转动自由度关节，相邻的所述两转动自由度关节通过连接块相互连接，最前端的连接块上安装有所述输出端，尾端的连接块固定在所述基座上；相邻两连接块之前的四个侧面均设置有所述形状记忆合金构件，所述形状记忆合金构件通过接线端子分别与连接块的四个侧面关联。
8.优选地，位于相邻两个所述连接块的四个侧面的形状记忆合金构件分别为形状记忆合金构件a、形状记忆合金构件b、形状记忆合金构件c和形状记忆合金构件d，所述形状记忆合金构件a和形状记忆合金构件d相对称设置，所述形状记忆合金构件b和形状记忆合金构件c相对称设置。
9.优选地，多个所述连接块分别为顺次连接的连接块a、连接块b、连接块c、连接块d、连接块e和连接块f，六个连接块将驱动构件分成可独立运动的5节单元；
10.驱动构件的运动模式如下：
11.1)单方向单节运动
12.以形状记忆合金构件a、形状记忆合金构件b、形状记忆合金构件c或形状记忆合金构件d中的任意一者作为驱动形状记忆合金构件，
13.连接块a和连接块b中间部分的形状记忆合金构件a、形状记忆合金构件b、形状记忆合金构件c或形状记忆合金构件d中的任意一者带动连接块b后的驱动构件向驱动形状记忆合金构件的方向实现角度弯曲；
14.2)单方向多节运动
15.以形状记忆合金构件a、形状记忆合金构件b、形状记忆合金构件c或形状记忆合金构件d中的任意一者作为驱动形状记忆合金构件，
16.连接块a和连接块f中间部分的形状记忆合金构件a、形状记忆合金构件b、形状记忆合金构件c或形状记忆合金构件d带动驱动构件向驱动形状记忆合金构件的方向实现角度弯曲；
17.3)多方向多节运动
18.以相邻两连接块的相对称两形状记忆合金构件作为驱动形状记忆合金组件，
19.连接块a和连接块b中间部分的形状记忆合金构件a或形状记忆合金构件b，带动连接块b后的驱动构件向形状记忆合金构件a或形状记忆合金构件b方向运动；
20.连接块b和连接块c中间部分的形状记忆合金构件d或形状记忆合金构件c，带动连接块c后的驱动构件向形状记忆合金构件d或形状记忆合金构件c方向运动；
21.连接块c和连接块d中间部分的形状记忆合金构件a或形状记忆合金构件b，带动连接块d后的驱动构件向形状记忆合金构件a或形状记忆合金构件b方向运动；
22.连接块d和连接块e中间部分的形状记忆合金构件d或形状记忆合金构件c，带动连接块e后的驱动构件向形状记忆合金构件d或形状记忆合金构件c方向运动；
23.连接块e和连接块f中间部分的形状记忆合金构件a或形状记忆合金构件b，带动连接块f后的驱动构件向形状记忆合金构件a或形状记忆合金构件b方向运动。
24.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
25.本发明受自然界象鼻、蛇体等具有连续性结构的动物器官启发，基于机械臂高效、节能、尽可能结构简单的设计理念，提供一种增材制造仿生智能变形驱动构件，利用通电电流所产生的热量直接驱动变形。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明装置整体结构图；
28.图2为单方向多节运动变形状态图；
29.图3为多方向多节运动变形状态图；
30.图4为本发明装置结构放大图；
31.图例：1、连接块a；2、连接块b；3、形状记忆合金构件a；4、连接块c；5、形状记忆合金构件b；6、连接块d；7、连接块e；8、连接块f；9、输出端；10、基座；11、接线端子；12、形状记忆合金构件c；13、形状记忆合金构件d；14、两转动自由度关节。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明的目的是提供一种增材制造仿生智能驱动构件，以解决上述现有技术存在的问题，基于机械臂高效、节能、尽可能结构简单的设计理念，利用通电电流所产生的热量直接驱动变形。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.如图1-图4所示，本实施例提供一种增材制造仿生智能变形驱动构件，包括连接块a1、连接块b2、形状记忆合金构件a3、连接块c4、形状记忆合金构件b5、连接块d6、连接块e7、连接块f8、输出端9、基座10、接线端子11、形状记忆合金构件c12、形状记忆合金构件d13、两转动自由度关节14。形状记忆合金构件采用热激励形状记忆合金构件。
36.两转动自由度关节14通过连接块相互连接；形状记忆合金构件通过接线端子11分别与连接件的四个侧面关联；连接块a1固定在基座10上；驱动构件动作通过输出端9输出。
37.连接块a1、连接块b2、连接块c4、连接块d6、连接块e7、连接块f8将驱动构件分成可独立运动的5节单元。运动模式如下：
38.①
单方向单节或多节运动：以形状记忆合金构件d13驱动的一种方案为例进行说明，情况如下：
39.连接块a1和连接块b2中间部分的形状记忆合金构件d13，带动连接块b2后驱动构件向形状记忆合金构件d13方向实现小角度弯曲；
40.如图2所示，连接块a1和连接块f8中间部分的形状记忆合金构件d13，带动驱动构件向形状记忆合金构件d13方向实现最大角度弯曲；
41.其中，该方向共31种运动选择，最大弯曲长度为5节运动单元长度，其弯曲角度随节数增加而增加。
42.②
多方向多节运动：以形状记忆合金构件a3、形状记忆合金构件d13两个方向驱动的一种方案为例进行说明，如图3所示，情况如下：
43.1、连接块a1和连接块b2中间部分的形状记忆合金构件a3，带动连接块b2后驱动构件向形状记忆合金构件a3方向运动；
44.2、连接块b2和连接块c4中间部分的形状记忆合金构件d13，带动连接块c4后驱动构件向形状记忆合金构件d13方向运动；
45.3、连接块c4和连接块d6中间部分的形状记忆合金构件a3，带动连接块d6后驱动构件向形状记忆合金构件a3方向运动；
46.4、连接块d6和连接块e7中间部分的形状记忆合金构件d13，带动连接块e7后驱动构件向形状记忆合金构件d13方向运动。
47.5、连接块e7和连接块f8中间部分的形状记忆合金构件a3，带动连接块f8后驱动构件向形状记忆合金构件a3方向运动。
48.多方向多节运动方式，在单节仅一个运动方向的情况下，可实现单方向单节或多
节运动的不同组合。
49.形状记忆合金构件a3、形状记忆合金构件b5、形状记忆合金构件c12、形状记忆合金构件d13在的一种增材制造仿生智能变形驱动记过中既起到支撑作用，又起到驱动作用。
50.一种增材制造仿生智能变形驱动构件，可分为n节独立运动单元，单方向单节或多节运动模式中运动方式共2
n-1种。
51.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
52.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。