申请/专利权人：清华大学

申请日：2022-01-17

公开（公告）日：2024-01-26

公开（公告）号：CN114619444B

主分类号：B25J9/16

分类号：B25J9/16;B25J19/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.26#授权;2022.07.01#实质审查的生效;2022.06.14#公开

摘要：本申请涉及机器人技术领域，特别涉及双程SMA弹簧驱动的软体机器人弯曲模块及其控制方法，其中，本申请设计并实现了一种由SMA弹簧驱动的软体机器人弯曲模块，分别通过直流电加热SMA和压缩空气主动冷却SMA实现对机器人弯曲和恢复的双向驱动；为了实现对机器人弯曲姿态的闭环控制，设计了一种双通道控制算法，分别实现对机器人弯曲角度和摆动角度的闭环控制，并成了SMA的加热和主动冷却；此外，机器人模块还可以通过控制器协调二自由度弯曲运动，实现对预定义轨迹和随机生成轨迹的有效运动跟踪，具有相当的应用前景。

主权项：1.一种双程SMA弹簧驱动的软体机器人系统，其特征在于，包括：机器人弯曲模块本体，所述机器人弯曲模块本体由三只双程形状记忆合金SMA弹簧驱动，其中，双程SMA弹簧具有双向形状记忆效应，所述机器人弯曲模块本体在三个弹簧联动的驱动条件下具备二自由度弯曲运动的能力，并通过机器人的弯曲角和摆动角表征机器人的二自由度弯曲运动；机器人本体结构，包括柔性杆和刚性端盖，所述柔性杆和所述刚性端盖用于连接双程SMA弹簧和机器人，所述刚性端盖上预留了用于通入冷却气流的结构，以实时冷却双程SMA弹簧进行降温，使机器人能快速地从弯曲状态恢复直线状态；传感系统，用于获取所述软体机器人的当前姿态信息；SMA双向驱动系统，用于对机器人系统中的双程SMA弹簧进行实时且程度可调的加热或冷却；以及控制系统，用于根据所述软体机器人的目标姿态信息和所述当前姿态信息，由双通道弯曲控制器实时计算施加在三只双程SMA弹簧上的加热电压信号或冷却气流信号，并将信号发送至SMA驱动系统执行，实时调整软体机器人三只SMA弹簧的驱动状态，使得所述软体机器人达到或实时跟踪目标姿态，实现闭环运动控制，其中，所述双通道弯曲控制器具体用于：根据SMA在机器人体内的布置位置，以及机器人的目标弯曲姿态和当前弯曲姿态，将姿态控制的目标分解为弯曲角度和摆动角度，并分别设计弯曲和摆动两个控制通道，两通道信号叠加后作为控制器的输出，直接计算出需要施加在SMA弹簧上的驱动状态，所述驱动状态包括加热状态和冷却状态，完成控制系统的闭环输出。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 清华大学 双程SMA弹簧驱动的软体机器人弯曲模块及其控制方法

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