專利名稱：基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種管道檢測(cè)與維修的蠕動(dòng)微型車，特別是一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
核電站及航天飛機(jī)等復(fù)雜系統(tǒng)存在大量?jī)?nèi)徑為1英寸、2英寸的微小型管子，為了對(duì)這些管道進(jìn)行有效的檢測(cè)和維護(hù)，迫切需要研制適用于微細(xì)型管道的微小型機(jī)器人。形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器與其他新型驅(qū)動(dòng)器相比，重量小于100克以后，功重比比目前常用的任何一種驅(qū)動(dòng)器都高，因此廣泛用作微小型機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索，發(fā)現(xiàn)上海交通大學(xué)申請(qǐng)的專利“并聯(lián)偏動(dòng)式形狀記憶合金蠕動(dòng)機(jī)構(gòu)”，申請(qǐng)?zhí)枮閆L99 2 26926.1，該專利公開了一種正方體形管內(nèi)全方位蠕動(dòng)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。該行走機(jī)構(gòu)外觀呈正方體形，由位于正方體棱邊處的12個(gè)尺寸相同的形狀記憶合金直線驅(qū)動(dòng)器和位于正方體頂點(diǎn)處的8個(gè)尺寸相同的支撐腳聯(lián)接而成。形狀記憶合金直線驅(qū)動(dòng)器的特征是由一根普通螺旋彈簧、一根形狀記憶合金螺旋彈簧、兩個(gè)圓柱套筒和兩個(gè)金屬夾裝配而成，普通螺旋彈簧套在套筒外面，兩端頂在套筒的臺(tái)階處，普通螺旋彈簧舒張為驅(qū)動(dòng)器提供舒張力。形狀記憶合金螺旋彈簧自套筒內(nèi)部穿過(guò)后，兩端被兩個(gè)金屬夾夾住，金屬夾擋在套筒兩端外側(cè)，形狀記憶合金螺旋彈簧收縮為驅(qū)動(dòng)器提供收縮力。工作時(shí)兩個(gè)金屬夾分別通過(guò)導(dǎo)線與電源的正負(fù)極相連。機(jī)器人在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制流經(jīng)各組驅(qū)動(dòng)器內(nèi)形狀記憶合金的電流的時(shí)序，控制直線驅(qū)動(dòng)器交替收縮和舒張，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在直管內(nèi)的前后蠕動(dòng)行走。該專利采用12組形狀記憶合金彈簧直線驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成正方體形結(jié)構(gòu)，造成控制時(shí)序復(fù)雜，各組驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)互相干涉，耗電量大，行走最大速度僅能達(dá)到10毫米/分鐘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，使其成本低，耗電量小，步矩明顯增大，由于采用新型智能驅(qū)動(dòng)器，無(wú)噪音、無(wú)污染，尤其適合要求嚴(yán)格的管道檢測(cè)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明主要包括機(jī)構(gòu)主體、控制系統(tǒng)和供電裝置，控制系統(tǒng)的四根輸入引線與供電裝置相連接，兩根輸出引線與機(jī)構(gòu)主體相連接，機(jī)構(gòu)主體主要包括前車體、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器、彈性桿、后車體、前車輪自鎖機(jī)構(gòu)、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)、前車輪和后車輪，其連接方式為彈性桿與前車體、后車體鉸接，前車體與前車輪、前車體與前車輪自鎖機(jī)構(gòu)、后車體與后車輪、后車體與后車輪自鎖機(jī)構(gòu)分別通過(guò)輪軸連接，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器通過(guò)設(shè)置在其內(nèi)的導(dǎo)筒與前車體、后車體連成一體，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器與彈性桿構(gòu)成并行機(jī)構(gòu)，彈性桿在前、后車體上的聯(lián)接位置在形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器與前車體、后車體聯(lián)接位置的上方。
形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器由一根普通偏置彈簧、一根形狀記憶合金彈簧、導(dǎo)筒及螺釘構(gòu)成，形狀記憶合金彈簧穿過(guò)導(dǎo)筒內(nèi)徑，與套在導(dǎo)筒外徑上的普通偏置彈簧構(gòu)成并行柔性機(jī)構(gòu)，形狀記憶合金彈簧兩端分別通過(guò)螺釘與導(dǎo)筒固定，普通偏置彈簧向形狀記憶合金彈簧提供回復(fù)力，普通偏置彈簧縱向受前后車體的限制，導(dǎo)筒起導(dǎo)向作用。
形狀記憶合金彈簧通過(guò)導(dǎo)線與控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)控制形狀記憶合金彈簧的相變狀態(tài)。當(dāng)控制系統(tǒng)使形狀記憶合金彈簧處于加熱狀態(tài)時(shí)，形狀記憶合金彈簧產(chǎn)生強(qiáng)大的收縮力，前車體、后車體跟著收縮；當(dāng)控制系統(tǒng)使形狀記憶合金彈簧處于冷卻狀態(tài)時(shí)，形狀記憶合金彈簧收縮力消失，在普通偏置彈簧和彈性桿的共同作用下，前、后車體伸長(zhǎng)并發(fā)生彎曲。
前、后車體的初始配置必須滿足以下條件形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的原始長(zhǎng)度比彈性桿長(zhǎng)；使前、后車體在自然狀態(tài)下(不通電狀態(tài)下)，彈性桿繃緊，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器向前、后車體下方彎曲；通電狀態(tài)下，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器縱向縮短，彈性桿呈松弛狀態(tài)。
本發(fā)明模擬自然界蠕蟲的運(yùn)動(dòng)方式，前后車輪起保持器的作用，在不同階段與地面保持相對(duì)滾動(dòng)或靜止；形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器和彈性桿構(gòu)成并行柔性機(jī)構(gòu)，行走速度可達(dá)50毫米/分鐘。
前、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)是一種偏心輪剎車裝置，前、后車輪與前、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)均為粗糙彈性體，自鎖機(jī)構(gòu)為偏心輪結(jié)構(gòu)，利用摩擦圓原理實(shí)現(xiàn)自鎖。前后車輪向車體前進(jìn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)前、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；兩者互相壓緊，前、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)所受的驅(qū)動(dòng)力合力會(huì)逐漸落入摩擦圓內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)自鎖。同樣，前、后車輪朝車體后退方向轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)前、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)與車體前進(jìn)方向同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，前、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)所受的驅(qū)動(dòng)力合力會(huì)逐漸落在摩擦圓外，這時(shí)前、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)不自鎖，前、后車輪可不受阻礙地向前滾動(dòng)。偏心輪自鎖機(jī)構(gòu)使前、后車輪只可向前滾動(dòng)，不可向后倒轉(zhuǎn)，從而控制車體的運(yùn)動(dòng)方向。
彈性桿和形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成并行柔性機(jī)構(gòu)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器縮短至一定程度，彈性桿呈松弛狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)的作用可忽略不計(jì)；當(dāng)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器伸長(zhǎng)至一定程度，彈性桿被逐漸拉長(zhǎng)繃緊，兩者形成相互約束，最終形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器縱向受到彈性桿的長(zhǎng)度限制而向下彎曲，該柔性機(jī)構(gòu)發(fā)生彎曲變形，使得車體也發(fā)生彎曲，并行柔性機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)有兩種狀態(tài)收縮態(tài)和舒張態(tài)。
控制系統(tǒng)集成了控制芯片、驅(qū)動(dòng)放大電路及執(zhí)行電路中的分流電阻，控制芯片的輸出端口接驅(qū)動(dòng)放大電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)放大電路的輸出端接執(zhí)行電路的分流電阻。
驅(qū)動(dòng)放大電路由三極管、基極電阻構(gòu)成，基極電阻一端接控制芯片的輸出端口，另一端與三極管的基極相連。
執(zhí)行電路由機(jī)構(gòu)主體中的形狀記憶合金彈簧和分流電阻構(gòu)成，形狀記憶合金彈簧一端通過(guò)控制系統(tǒng)的一根輸出引線和分流電阻串連聯(lián)接，另一端接控制系統(tǒng)的另一根輸出引線；分流電阻的另一端接驅(qū)動(dòng)放大電路的輸出端，即接三極管的集電極。
三極管起開關(guān)作用，其基極輸入的是控制芯片輸出的PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)，PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)處于高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，執(zhí)行電路導(dǎo)通，形狀記憶合金彈簧通電加熱；PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)處于低電平時(shí)，三極管截至，執(zhí)行電路斷開，形狀記憶合金彈簧斷電冷卻，控制芯片輸出的PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)接驅(qū)動(dòng)放大電路，并且可通過(guò)改變芯片中的程序調(diào)節(jié)形狀記憶合金彈簧的加熱與冷卻時(shí)間。PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)采用三種占空比，實(shí)現(xiàn)形狀記憶合金彈簧加熱收縮、保溫維持、冷卻舒張三種狀態(tài)，其優(yōu)點(diǎn)是防止形狀記憶合金彈簧過(guò)熱；保溫狀態(tài)采用微弱電流，減小能耗；不須溫度或電阻反饋，簡(jiǎn)化電路。
將本發(fā)明裝置總體裝配好，形狀記憶合金彈簧兩端的引入線分別與控制系統(tǒng)的輸出線相連接，控制系統(tǒng)在裝配時(shí)，先調(diào)整好供電裝置，使其兩路輸出電壓均為5V，再將機(jī)構(gòu)主體與控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與供電裝置分別通過(guò)引線連接。機(jī)構(gòu)主體和控制系統(tǒng)都調(diào)整好后，打開供電裝置的的總開關(guān)，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行了。本發(fā)明一個(gè)完整周期的蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)可分解為收縮過(guò)程與舒張過(guò)程兩個(gè)過(guò)程收縮過(guò)程(1)形狀記憶合金彈簧加熱，后車輪向前移動(dòng)距離，前車輪自鎖機(jī)構(gòu)壓緊前車輪，彈性桿恢復(fù)原長(zhǎng)，前車體和后車體分別繞輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)至垂直位置；車體外形由舒張態(tài)逐漸向收縮態(tài)過(guò)渡；(2)形狀記憶合金彈簧保溫，前、后車輪保持與(1)相同的狀態(tài)，彈性桿松弛，偏置彈簧側(cè)向彎曲，車體繼續(xù)收縮，外形逐漸變成收縮態(tài)。
舒張過(guò)程(3)形狀記憶合金彈簧冷卻，后車輪自鎖機(jī)構(gòu)壓緊后車輪，前車輪朝前移動(dòng)距離，彈性桿逐漸繃緊；前、后車體由收縮態(tài)向舒張態(tài)過(guò)渡。(4)形狀記憶合金彈簧繼續(xù)冷卻，前車輪、后車輪保持與(3)相同的狀態(tài)，彈性桿繃緊，前車體和后車體分別繞輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由初始的垂直位置逐漸傾斜，車體繼續(xù)舒張，外形逐漸變成舒張態(tài)。至此，微型車完成了一個(gè)周期的向前蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
重復(fù)以上步驟，微型車可連續(xù)向前蠕動(dòng)。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，以往開發(fā)的微小型機(jī)器人大多模仿自然界生物已存在的結(jié)構(gòu)，如采用腿足或幾何結(jié)構(gòu)等，本發(fā)明打破近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外微小型機(jī)器人大多采用腿式結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)，是開發(fā)輪式微小型機(jī)器人的全新嘗試，本發(fā)明融和仿生學(xué)原理，吸收輪式機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并克服輪式結(jié)構(gòu)內(nèi)在的一些缺陷，打破了Teshigahara等提出的輪式機(jī)構(gòu)局限性的觀點(diǎn)，利用形狀記憶合金彈簧模擬蠕蟲肌肉的收縮與舒張運(yùn)動(dòng)，剛?cè)峄旌蠘?gòu)件中的彈性桿和柔性關(guān)節(jié)，明顯增大了微型車的前進(jìn)步矩，可在不規(guī)則的彎曲型管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，車輪自鎖機(jī)構(gòu)成功消除了車輪倒退現(xiàn)象，控制車輪運(yùn)動(dòng)方向，為核電站航天飛機(jī)等其他特殊領(lǐng)域微小型管道的檢查與維護(hù)提供廉價(jià)而方便的解決方案。


圖1本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明機(jī)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)示意3本發(fā)明形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意4本發(fā)明控制系統(tǒng)框圖具體實(shí)施方式
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明主要包括機(jī)構(gòu)主體1、控制系統(tǒng)2和供電裝置3，控制系統(tǒng)2的兩根輸出引線4與機(jī)構(gòu)主體1相連接，四根輸入引線23與供電裝置3相連接，機(jī)構(gòu)主體1主要包括前車體5、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器6、彈性桿7、后車體8、前車輪自鎖機(jī)構(gòu)9、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)10、前車輪11和后車輪12，其連接方式為彈性桿7與前車體5、后車體8鉸接，前車體5與前車輪11、前車體5與前車輪自鎖機(jī)構(gòu)9、后車體8與后車輪12、后車體8與后車輪自鎖機(jī)構(gòu)10分別通過(guò)輪軸連接，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器6通過(guò)設(shè)置在其內(nèi)的導(dǎo)筒15與前車體5、后車體8連成一體，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器6與彈性桿7構(gòu)成并行機(jī)構(gòu)，彈性桿7在前車體5、后車體8上的聯(lián)接位置在形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器6與前車體5、后車體8聯(lián)接位置的上方。
形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器6由一根普通偏置彈簧13、一根形狀記憶合金彈簧14、導(dǎo)筒15及螺釘16構(gòu)成，形狀記憶合金彈簧14穿過(guò)導(dǎo)筒15內(nèi)徑，與套在導(dǎo)筒15外徑上的普通偏置彈簧13構(gòu)成并行柔性機(jī)構(gòu)，形狀記憶合金彈簧14兩端分別通過(guò)螺釘16與導(dǎo)筒15固定，普通偏置彈簧13向形狀記憶合金彈簧14提供回復(fù)力，普通偏置彈簧13縱向受前車體5、后車體8的限制，導(dǎo)筒15起導(dǎo)向作用。
形狀記憶合金彈簧14通過(guò)導(dǎo)線4與控制系統(tǒng)2相連接，控制系統(tǒng)2控制形狀記憶合金彈簧14的相變狀態(tài)，當(dāng)控制系統(tǒng)2使形狀記憶合金彈簧14處于加熱狀態(tài)時(shí)，形狀記憶合金彈簧14產(chǎn)生強(qiáng)大的收縮力，前車體5、后車體8跟著收縮；當(dāng)控制系統(tǒng)2使形狀記憶合金彈簧14處于冷卻狀態(tài)時(shí)，形狀記憶合金彈簧14收縮力消失，在普通偏置彈簧13和彈性桿7的共同作用下，前車體5、后車體8伸長(zhǎng)并發(fā)生彎曲。
前車體5、后車體8的初始配置必須滿足以下條件形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器6的原始長(zhǎng)度比彈性桿7長(zhǎng)；使前車體5、后車體8在自然狀態(tài)下，彈性桿7繃緊，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器6向前車體5、后車體8下方彎曲；通電狀態(tài)下，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器6縱向縮短，彈性桿7呈松弛狀態(tài)。
前車輪自鎖機(jī)構(gòu)9、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)10是一種偏心輪剎車裝置，前車輪11、后車輪12與前車輪自鎖機(jī)構(gòu)9、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)10均為粗糙彈性體，前車輪自鎖機(jī)構(gòu)9、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)10為偏心輪結(jié)構(gòu)。
控制系統(tǒng)2集成了控制芯片17、驅(qū)動(dòng)放大電路18及執(zhí)行電路19中的分流電阻20，控制芯片17的輸出端口接驅(qū)動(dòng)放大電路18的輸入端；驅(qū)動(dòng)放大電路18的輸出端接執(zhí)行電路19的分流電阻20。
驅(qū)動(dòng)放大電路18由三極管21、基極電阻22構(gòu)成，基極電阻22一端接控制芯片17的輸出端口，另一端與三極管21的基極相連。
執(zhí)行電路19由機(jī)構(gòu)主體1中的形狀記憶合金彈簧14和分流電阻20構(gòu)成，形狀記憶合金彈簧14一端通過(guò)控制系統(tǒng)2的一根輸出引線和分流電阻20串連聯(lián)接，另一端接控制系統(tǒng)2的另一根輸出引線；分流電阻20的另一端則接驅(qū)動(dòng)放大電路的輸出端，即三極管21的集電極。
三極管21的基極輸入的是控制芯片17輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)，脈寬調(diào)制信號(hào)處于高電平時(shí)，三極管21導(dǎo)通，執(zhí)行電路導(dǎo)通，形狀記憶合金彈簧14通電加熱；脈寬調(diào)制信號(hào)處于低電平時(shí)，三極管21截至，執(zhí)行電路斷開，形狀記憶合金彈簧14斷電冷卻，控制芯片17輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)接驅(qū)動(dòng)放大電路18，并且可通過(guò)改變控制芯片17中的程序調(diào)節(jié)形狀記憶合金彈簧14的加熱與冷卻時(shí)間。
脈寬調(diào)制信號(hào)采用三種占空比，實(shí)現(xiàn)形狀記憶合金彈簧14加熱收縮、保溫維持、冷卻舒張三種狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，主要包括機(jī)構(gòu)主體(1)、控制系統(tǒng)(2)和供電裝置(3)，控制系統(tǒng)(2)的兩根輸出引線(4)與機(jī)構(gòu)主體(1)相連接，四根輸入引線(23)與供電裝置(3)相連接，其特征在于所述的機(jī)構(gòu)主體(1)主要包括前車體(5)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(6)、彈性桿(7)、后車體(8)、前車輪自鎖機(jī)構(gòu)(9)、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)(10)、前車輪(11)和后車輪(12)，其連接方式為彈性桿(7)與前車體(5)、后車體(8)鉸接，前車體(5)與前車輪(11)、前車體(5)與前車輪自鎖機(jī)構(gòu)(9)、后車體(8)與后車輪(12)、后車體(8)與后車輪自鎖機(jī)構(gòu)(10)分別通過(guò)輪軸連接，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(6)通過(guò)設(shè)置在其內(nèi)的導(dǎo)筒(15)與前車體(11)、后車體(12)連成一體，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(6)與彈性桿(7)構(gòu)成并行機(jī)構(gòu)，彈性桿(7)在前車體(5)、后車體(8)上的聯(lián)接位置在形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(6)與前車體(5)、后車體(8)聯(lián)接位置的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(6)由普通偏置彈簧(13)、形狀記憶合金彈簧(14)、導(dǎo)筒(15)及螺釘(16)構(gòu)成，形狀記憶合金彈簧(14)穿過(guò)導(dǎo)筒(15)內(nèi)徑，與套在導(dǎo)筒(15)外徑上的普通偏置彈簧(13)構(gòu)成并行柔性機(jī)構(gòu)，形狀記憶合金彈簧(14)兩端分別通過(guò)螺釘(16)與導(dǎo)筒(15)固定，普通偏置彈簧(13)向形狀記憶合金彈簧(14)提供回復(fù)力，普通偏置彈簧(13)縱向受前車體(5)、后車體(8)的限制，導(dǎo)筒(15)起導(dǎo)向作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是形狀記憶合金彈簧(14)通過(guò)導(dǎo)線(4)與控制系統(tǒng)(2)相連接，控制系統(tǒng)(2)控制形狀記憶合金彈簧(14)的相變狀態(tài)，當(dāng)控制系統(tǒng)(2)使形狀記憶合金彈簧(14)處于加熱狀態(tài)時(shí)，形狀記憶合金彈簧(14)產(chǎn)生強(qiáng)大的收縮力，前車體(5)、后車體(8)隨著收縮；當(dāng)控制系統(tǒng)(2)使形狀記憶合金彈簧(14)處于冷卻狀態(tài)時(shí)，形狀記憶合金彈簧(14)收縮力消失，在普通偏置彈簧(13)和彈性桿(7)的共同作用下，前車體(5)、后車體(8)伸長(zhǎng)并彎曲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是前車體(5)、后車體(8)的初始配置必須滿足以下條件形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(6)的原始長(zhǎng)度比彈性桿(7)長(zhǎng)；使前車體(5)、后車體(8)在自然狀態(tài)下，彈性桿(7)繃緊，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(6)向前車體(5)、后車體(8)下方彎曲；通電狀態(tài)下，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(6)縱向縮短，彈性桿(7)呈松弛狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是前車輪自鎖機(jī)構(gòu)(9)、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)(10)是一種偏心輪剎車裝置，前車輪(11)、后車輪(12)與前車輪自鎖機(jī)構(gòu)(9)、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)(10)均為粗糙彈性體，前車輪自鎖機(jī)構(gòu)(9)、后車輪自鎖機(jī)構(gòu)(10)為偏心輪結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是控制系統(tǒng)(2)集成了控制芯片(17)、驅(qū)動(dòng)放大電路(18)及執(zhí)行電路(19)中的分流電阻(20)，控制芯片(17)的輸出端口接驅(qū)動(dòng)放大電路(18)的輸入端，驅(qū)動(dòng)放大電路(18)的輸出端接執(zhí)行電路(19)的分流電阻(20)。
7根據(jù)權(quán)利要求6所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是驅(qū)動(dòng)放大電路(18)由三極管(21)、基極電阻(22)構(gòu)成，基極電阻(22)一端接控制芯片(17)的輸出端口，另一端與三極管(21)的基極相連。
8根據(jù)權(quán)利要求6所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是執(zhí)行電路(19)由機(jī)構(gòu)主體(1)中的形狀記憶合金彈簧(14)和分流電阻(20)構(gòu)成，形狀記憶合金彈簧(14)一端通過(guò)控制系統(tǒng)(2)的一根輸出引線和分流電阻(20)串連聯(lián)接，另一端接控制系統(tǒng)(2)的另一根輸出引線；分流電阻(20)的另一端則接驅(qū)動(dòng)放大電路的輸出端，即三極管(21)的集電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是三極管(21)的基極輸入的是控制芯片(17)輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)，脈寬調(diào)制信號(hào)處于高電平時(shí)，三極管(21)導(dǎo)通，執(zhí)行電路導(dǎo)通，形狀記憶合金彈簧(14)通電加熱；脈寬調(diào)制信號(hào)處于低電平時(shí)，三極管(21)截至，執(zhí)行電路斷開，形狀記憶合金彈簧(14)斷電冷卻，控制芯片(17)輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)接驅(qū)動(dòng)放大電路(18)，并且通過(guò)改變控制芯片(17)中的程序調(diào)節(jié)形狀記憶合金彈簧(14)的加熱與冷卻時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的這種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車，其特征是脈寬調(diào)制信號(hào)采用三種占空比，實(shí)現(xiàn)形狀記憶合金彈簧(14)加熱收縮、保溫維持、冷卻舒張三種狀態(tài)。
全文摘要
基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)微型車屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。主要包括機(jī)構(gòu)主體、控制系統(tǒng)和供電裝置，機(jī)構(gòu)主體主要包括前車體、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器、彈性桿、后車體、前后車輪自鎖機(jī)構(gòu)、前后車輪，彈性桿與前后車體鉸接，前車體與前車輪、前車體與前車輪自鎖機(jī)構(gòu)、后車體與后車輪、后車體與后車輪自鎖機(jī)構(gòu)分別通過(guò)輪軸連接，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器通過(guò)導(dǎo)筒與前車體、后車體連成一體，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器與彈性桿構(gòu)成并行機(jī)構(gòu)，彈性桿在前、后車體上的聯(lián)接位置在形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器與前后車體聯(lián)接位置上方。本發(fā)明明顯增大了微型車的前進(jìn)步矩，可在不規(guī)則的彎曲型管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，為核電站航天飛機(jī)等領(lǐng)域微小型管道的檢查與維護(hù)提供廉價(jià)而方便的解決方案。
文檔編號(hào)B25J5/00GK1421302SQ0216068
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者姚沁, 金晟, 孫志強(qiáng), 馬培蓀 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)