一種微型步行機器人及其驅(qū)動方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型步行機器人及其驅(qū)動方法，它包括前端、后端、導(dǎo)軌、機體和直線步進電機。前端和后端均為方塊結(jié)構(gòu)，加工有兩個定位孔；導(dǎo)軌為細長圓柱，用于固定前端和后端并使得機體能沿導(dǎo)軌自由運動；機體整體呈方塊形，加工有導(dǎo)軌槽和電機槽；驅(qū)動電機采用微型壓電步進電機。本發(fā)明可以獨立行走與各種不同的表面，對表面粗糙度，硬度有非常好的適應(yīng)能力；采用壓電步進電機驅(qū)動，具有很高的輸出力和輸出速度；結(jié)構(gòu)簡單，可以完全自動化3d打印加工，成本低廉。
【專利說明】一種微型步行機器人及其驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于直線電機的單自由度連續(xù)運動裝置，尤其涉及一種基于微型壓電直線電機的微型尺蠖型步行機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微型機器人已經(jīng)在災(zāi)難救助，工業(yè)檢測和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域展現(xiàn)出了非常優(yōu)秀的應(yīng)用前景。在微型機器人的設(shè)計制造過程中，最重要的部分就是驅(qū)動原理和驅(qū)動部件的選擇。一方面，傳統(tǒng)的輪式驅(qū)動機器人無法適應(yīng)不平整、光滑或者柔性的工作環(huán)境。昆蟲和蠕蟲的仿生學(xué)研究提供了許多優(yōu)秀的環(huán)境適應(yīng)性微型機器人工作原理。微型仿蚯蚓機器人通過模擬蚯蚓周期性“伸張-收縮”運動過程，能夠有效地適應(yīng)復(fù)雜的地形地貌，并提供客觀的力和速度輸出。另一方面，傳統(tǒng)的電磁電機并不能完全滿足微型化情況下的驅(qū)動需求，通常力矩太小，結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，轉(zhuǎn)速太高。新的微型智能驅(qū)動器諸如離子交換聚合金屬材料驅(qū)動器，形狀記憶合金驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器等逐步應(yīng)用到微型機器人的驅(qū)動中去。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微型步行機器人及其驅(qū)動方法，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、加工制造成本低廉、便于實現(xiàn)，能夠在非常狹小的空間內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)快速的直線運動，適應(yīng)多種不同的表面特性，并輸出較大的負載力。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種新的微型步行機器人及其驅(qū)動方法，包括前端、后端、導(dǎo)軌，機體和直線步進電機。直線步進電機固定在機體的電機槽內(nèi)，直線步進電機輸出軸通過機體輸出軸槽與前端電機軸槽和后端電機軸槽形成配合，限制直線步進電機輸出軸的運動；前端和后端通過兩條細長的導(dǎo)軌固定在一起；導(dǎo)軌通過機體導(dǎo)軌槽與機體形成配合，約束機體的運動方向；前端纖毛后后端纖毛分別固定在前端和后端的底部，在微型機器人的運動過程中起錨點作用。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用了類似蚯蚓的周期性驅(qū)動方案，將微型直線電機的短行程往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為機器人連續(xù)的無限形成運動。與其他的機器人驅(qū)動方案相比較，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，有利于批量加工和成本的降低。同時，本發(fā)明采用的驅(qū)動方案使得該機器人能夠有效地適應(yīng)多種不同的地形地貌，也能夠通過高性能的直線電機獲得較高的輸出力和客觀的輸出速度。這種小型機器人的技術(shù)優(yōu)勢，使得他能夠在未來的醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域獲得良好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
圖2是本發(fā)明機體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明電機的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明前端的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明后端的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明的基于蚯蚓運動機制的原理示意圖；
圖中:后端1、電機軸2、機體3、電機機體4、前端5、導(dǎo)軌6、機體導(dǎo)軌槽7、機體電機槽8、機體電機軸孔9、導(dǎo)軌10、前端導(dǎo)軌孔11、前端電機軸孔12、后端導(dǎo)軌孔13、后端電機軸孔14、后端纖毛15、機體纖毛16、前端纖毛17。
【具體實施方式】
[0007]如圖1所示，本發(fā)明包括前端5、后端1、機體3、導(dǎo)軌6和電機機體4和電機軸2。其中，電機機體4安裝在機體電機槽8中，電機軸與機體電機軸孔9、前端電機軸孔12和后端電機軸孔14形成配合；導(dǎo)軌6與機體導(dǎo)軌槽7、前端導(dǎo)軌孔11和后端導(dǎo)軌孔13形成配合；前端纖毛17、后端纖毛15和機體纖毛16分別安裝在對應(yīng)的前端5，后端I和機體3的底部。
[0008]如圖2所示，所述的機體3基本結(jié)構(gòu)呈方塊狀。機體3兩側(cè)加工有機體導(dǎo)軌槽7，用于固定導(dǎo)軌6 ;其內(nèi)部加工有機體電機槽8和機體電機軸孔9,用于固定電機機體4和電機軸2。機體纖毛16膠結(jié)在機體3底部。
[0009]如圖3所示，所述的導(dǎo)軌6是一根細長的圓柱桿。
[0010]如圖4所示，所述的直線步進電機包含電機機體4和電機軸2。
[0011]如圖5所示，所述的前端5基本結(jié)構(gòu)呈方塊狀。前端5的一端加工有兩個導(dǎo)軌孔11和一個電機軸孔12，分別用于導(dǎo)軌6和電機軸2的單向限位；前端纖毛17安裝在前端5的底部。
[0012]如圖6所示，所述的后端I基本結(jié)構(gòu)呈方塊狀。后端I的一端加工有兩個導(dǎo)軌孔13和一個電機軸孔14分別用于導(dǎo)軌6和電機軸2的單向限位；后端纖毛15安裝在后端I的底部。
[0013]如圖7所示，本發(fā)明設(shè)計的微型機器人采用類蚯蚓的運動原理。初始狀態(tài)時，微型直線電機處于非驅(qū)動狀態(tài)(圖7 (a))，前端纖毛17，后端纖毛15和機體纖毛16均處于非直立狀態(tài)；當微型直線電機啟動沿某一方向運動，電機軸2相對于電機機體4向前運動。在這種相對運動的作用下，機體纖毛16處于直立狀態(tài)，阻止機體3發(fā)生運動，而前端纖毛17和后端纖毛15均處于非直立狀態(tài)，不影響前端5和后端I的運動。這樣，前端5和后端I向前運動一端距離；當微型直線電機改變運轉(zhuǎn)方向，沿相反的方向運動，電機軸2相對于電機機體4向后運動。這種相對運動促使前端纖毛17和后端纖毛15處于直立狀態(tài),使前端5和后端I靜止不動。相反，機體纖毛16恢復(fù)非直立狀態(tài)，不影響機體3運動。這樣，機體3向前運動一段距離。在這個過程中，機體3，前端5和后端均I向前運動了一段距離。最終，整個機器人恢復(fù)到初始狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù)，該機器人即可連續(xù)向前運動。根據(jù)該運動原理，本發(fā)明可以用常用的微型步進電機實現(xiàn)連續(xù)的直線運動，可控制性好，輸出力矩和輸出速度可以滿足大量微型機器人應(yīng)用的需求。同時，本發(fā)明具備良好的可擴充性，通過集成更多的操作部件，可以完成更多的任務(wù)，實現(xiàn)更多的功能。
[0014]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明的原理，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型微小步行機器人及其驅(qū)動方法，其特征是:它包括前端(5)、機體(3)、后端(I )、電機機體(4 )和電機軸(2 )等；其中，電機機體(4 )安裝在機體電機槽(8 )中，電機軸與機體電機軸孔(9)、前端電機軸孔(12)和后端電機軸孔(14)形成配合；導(dǎo)軌(6)與機體導(dǎo)軌槽(7)、前端導(dǎo)軌孔(11)和后端導(dǎo)軌孔(13)形成配合；前端纖毛(17)、后端纖毛(15)和機體纖毛(16)分別安裝在對應(yīng)的前端(5)，后端(I)和機體(3)的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微小步行機器人及其驅(qū)動方法，其特征在于:所述的機體(3)兩側(cè)加工有機體導(dǎo)軌槽(7)，用于固定導(dǎo)軌(6);其內(nèi)部加工有機體電機槽(8)和機體電機軸孔(9),用于固定電機機體(4)和電機軸(2);機體纖毛(16)膠結(jié)在機體(3)底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微小步行機器人及其驅(qū)動方法，其特征在于:所述的前端(5)基本結(jié)構(gòu)呈方塊狀；前端(5)的一端加工有兩個導(dǎo)軌孔(11)和一個電機軸孔(12)，分別用于導(dǎo)軌(6)和電機軸(2)的單向限位；前端纖毛(17)安裝在前端(5)的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微小步行機器人及其驅(qū)動方法，其特征在于:所述的后端(I)的一端加工有兩個導(dǎo)軌孔(13)和一個電機軸孔(14)分別用于導(dǎo)軌(6)和電機軸(2 )的單向限位；后端纖毛(15 )安裝在后端(I)的底部。
【文檔編號】B25J7/00GK103692431SQ201310651256
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】傅新, 周茂瑛, 劉偉庭 申請人:浙江大學(xué)