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原文传递多模式柔性机器人及其控制方法

专利名称：	多模式柔性机器人及其控制方法
摘要：	本发明公开了一种多模式柔性机器人及其控制方法，机器人由四个压电双晶片和两根形状记忆合金弹簧连接在PVC柔性基体上构成。利用形状记忆合金驱动，柔性基体变形带动PVC弹性带储存和释放弯曲应变能，机器人实现跳跃运动和跳跃后回复原状的功能；利用压电双晶片驱动，机器人实现直线、转弯运动和跳跃后姿态调整的功能。机器人对称的基体结构、反对称的压电双晶片布置以及自适应侧边弹性带设计，机器人能够实现无翻转的定向的连续运动。本发明结合压电驱动高精度快响应、形状记忆合金高柔性大变形的优势，实现机器人的直线、转弯、跳跃、姿态调整的自适应多运动模式。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	毛婷;彭瀚旻;冒林丽
专利状态：	有效
申请日期：	2018-11-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201811391743.0
公开号：	CN109878593A
代理机构：	江苏圣典律师事务所
代理人：	贺翔;徐晓鹭
分类号：	B62D57/032(2006.01);B;B62;B62D;B62D57
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.多模式柔性机器人，其特征在于，包括“8”字形基体、弹跳足、形状记忆合金弹簧、弹性带、“L”形支撑梁、以及驱动足，其中：所述“8”字形基体是由带开口的弹性薄片折叠成的两个共棱边的三棱柱组成，两个三棱柱可绕中间的折叠关节自由旋转；所述弹性薄片的中间位置开口，用于安装弹性带及弹跳足；在所述“8”字形基体的两个端部对称设有采用弹性材质做成的环形弹性体，所述环形弹性体与两个三棱柱的底边通过“L”形P支撑梁连接，所述“L”形支撑梁通过弧形的弹性带连接，形成整个环形弹性体；所述“8”字形PVC基体的上下两端分别设有形状记忆合金弹簧，两端分别固定在“8”字形基体上下表面的棱边上，呈拉伸状态，且所述形状记忆合金弹簧相互平行；所述柔性机器人包含若干驱动足，所述驱动足安装在弧形的弹性带上，其中，位于“8”字形PVC基体同一侧的驱动足安装在同一侧弹性带上，“8”字形PVC基体两侧的驱动足安装方向相反；所述驱动足的自由振动端位于弧形弹性带的外侧，与地面形成小于90度的倾角。 2.根据权利要求1所述的多模式柔性机器人，其特征在于，所述弧形弹性带由平直状在弹性范围内弯成半圆弧状，其两端分别与上、下“L”形PVC支撑梁同侧的端部连接；所述驱动足有四个，其中，在“8”字形PVC基体一侧的两个驱动足安装于半圆弹性带上半部，另一侧的两个驱动足安装于半圆的弹性带下半部，即第一至第二驱动足与第三至第四驱动足的位置关于折叠关节反对称。 3.根据权利要求1所述的多模式柔性机器人，其特征在于，所述“8”字形基体、弹跳足、位于开口内的第五弹性带、 “L”形PVC支撑梁、以及半圆弹性带均采用PVC材料制成，其中半圆弹性带厚度小于第五PVC弹性带的厚度。 4.根据权利要求9所述的多模式柔性机器人，其特征在于，所述驱动足均采用压电双晶片，一端为自由振动端、另一端为引线端与半圆PVC弹性带固定连接；所述第五弹性带由平直状在弹性范围内弯成弧状，穿过“8”字形基体中部的矩形开口，两端固定在“8”字形PVC基体的前后端面中部，所述弹跳足粘结在第五弹性带的上下表面。 5.根据权利要求1所述的多模式柔性机器人，其特征在于，第一至第四“L”形支撑梁粘结在“8”字形基体的前后端面，增大机器人的高度以使形状记忆合金弹簧位于所述“8”字形基体内部，目的是实现机器人的稳定站定、行走、跳跃以及着陆，防止形状记忆合金弹簧触地影响稳定性。 6.如权利要求1所的多模式柔性机器人的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括机器人直线运动控制方法、机器人转弯运动控制方法、机器人跳跃运动控制方法和机器人姿态调整控制方法。 7.根据权利要求6所述的多模式柔性机器人的控制方法，其特征在于，机器人直线运动控制方法包括：第一至第二驱动足的自由振动端触地时，对第一至第二驱动足施加同幅同频的正余弦电压，第三至第四驱动足不施加激励信号；第三至第四驱动足的自由振动端触地时，对第三至第四驱动足施加同幅同频的正余弦电压，第一至第二驱动足不施加激励信号。 8.根据权利要求6所述的多模式柔性机器人的控制方法，其特征在于，机器人转弯运动控制方法包括：第一至第二驱动足的自由振动端触地时，对第一驱动足施加正余弦电压，第二至第四驱动足不施加激励信号，机器人向左转弯；对第二驱动足施加正余弦电压，第一、三、四驱动足不施加激励信号，机器人向右转弯；第三至第四驱动足的自由振动端触地时，对第三驱动足施加正余弦电压，第一、二、四驱动足不施加激励信号，机器人向左转弯；对第四驱动足施加正余弦电压，第一至第三驱动足不施加激励信号，机器人向右转弯。 9.根据权利要求6所述的多模式柔性机器人的控制方法，其特征在于，机器人跳跃运动控制方法包括：加热第一形状记忆合金弹簧，第一形状记忆合金弹簧收缩，“8”字形基体的两个共棱边的三棱柱绕中间折叠关节旋转而导致上端相互靠近，通过矩形开口对第五弹性带施加压力，第五弹性带发生弯曲变形并储存能量，在超过弯曲极限时发生反转而释放能量，即由上凸状变为下凹状，第二弹跳足触地弹跳，机器人向斜上方跳跃。 10.根据权利要求9所述的多模式柔性机器人的控制方法，其特征在于，机器人跳跃姿态控制方法包括：若机器人跳跃后，上下面未发生翻转，即第五弹性带处于下凹状，机器人进行直线和转弯运动；加热第二形状记忆合金弹簧，第一形状记忆合金弹簧收缩，“8”字形基体的两个共棱边的三棱柱绕中间折叠关节旋转而导致下端相互靠近，通过矩形开口对第五弹性带施加压力，第五弹性带发生弯曲变形，在超过弯曲极限时发生反转，即由下凹状变为上凸状，机器人进行连续跳跃运动；若机器人跳跃后，上下面发生翻转，即第五弹性带处于上凸状，即机器人已经回复初始状态，机器人可以进行直线、转弯和跳跃运动；若机器人跳跃后，在空中产生滚转，导致机器人侧面触地，依靠半圆弹性带的柔性，机器人自动回复上下面稳定着陆状态；若机器人跳跃后，机器人第一至第四驱动足中，自由端触地的驱动足不朝着预定的前进方向，可通过权利要求6所述的机器人转弯运动控制方法进行运动方向调整，即跳跃姿态控制在于实现机器人无翻转的定向的连续运动。
所属类别：	发明专利