微型機(jī)器人及微型移動機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微型機(jī)器人、及微型移動機(jī)構(gòu)，其中的微型機(jī)器人具體包括如下結(jié)構(gòu)：柔性諧振體、設(shè)置于所述柔性諧振體一側(cè)的壓電陶瓷、以及設(shè)置于所述柔性諧振體另一側(cè)的位置與所述壓電陶瓷相對應(yīng)的若干微足，所述若干微足以陣列形式排布。本實(shí)用新型的微型機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、體積小、能耗低、能量利用率高，且其無電磁干擾、激勵頻率可調(diào)范圍大。
【專利說明】微型機(jī)器人及微型移動機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種微型機(jī)器人、及基于該微型機(jī)器人的微型移動機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]微小型機(jī)器人以其體積小、機(jī)動靈活和節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)檢測、微機(jī)電系統(tǒng)組裝、微外科手術(shù)、生物工程和光學(xué)工程等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，并逐漸成為機(jī)器人研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的微小型機(jī)器人通常包括驅(qū)動足、以及為驅(qū)動足的運(yùn)動提供動力的電機(jī)。但是這種微小型機(jī)器人的缺陷在于，其能耗高，易發(fā)熱，可調(diào)頻率范圍小，存在電磁干擾等問題。同時，上述微小型機(jī)器人其驅(qū)動足大多采用金屬類柔性足和毛刺，這樣對接觸面容易造成一定的損傷。
[0004]因此，有必要提供一種克服上述問題的微型機(jī)器人。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種微型機(jī)器人、及微型移動機(jī)構(gòu)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的之一，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種微型機(jī)器人，其包括:柔性諧振體、設(shè)置于所述柔性諧振體一側(cè)的壓電陶瓷、以及設(shè)置于所述柔性諧振體另一側(cè)的位置與所述壓電陶瓷相對應(yīng)的若干微足，所述若干微足以陣列形式排布。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷具有第一激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第一激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第一夾角。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷具有第二激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第二激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第二夾角。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述另一實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0011]—種微型移動機(jī)構(gòu)，其包括若干微型機(jī)器人，所述微型機(jī)器人包括:柔性諧振體、設(shè)置于所述柔性諧振體一側(cè)的壓電陶瓷、以及設(shè)置于所述柔性諧振體另一側(cè)的位置與所述壓電陶瓷相對應(yīng)的若干微足，所述若干微足以陣列形式排布，所述若干微型機(jī)器人的柔性諧振體連接為一整體。
[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柔性諧振體呈一“回”字型，所述若干微型機(jī)器人的壓電陶瓷均對稱布于所述柔性諧振體的兩側(cè)。
[0013]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷具有第一激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第一激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第一夾角。
[0014]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷具有第二激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第二激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第二夾角。
[0015]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述微型移動機(jī)構(gòu)還包括電源和控制驅(qū)動電路。[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的微型機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、體積小、能耗低、能量利用率高，且其無電磁干擾、激勵頻率可調(diào)范圍大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本實(shí)用新型的微型機(jī)器人的一【具體實(shí)施方式】的平面示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的微型機(jī)器人的壓電陶瓷具有第一激勵頻率情況下的運(yùn)動狀態(tài)示意圖。其中為了清楚的表現(xiàn)微型機(jī)器人的運(yùn)動情況，圖中還示出了微型機(jī)器人靜止時的狀態(tài)。具體地，A視圖為微型機(jī)器人靜止時的狀態(tài)，B視圖為微型機(jī)器人在第一激勵頻率作用下的運(yùn)動狀態(tài)。且圖中箭頭方向代表了微型機(jī)器人的運(yùn)動方向；
[0020]圖3為本實(shí)用新型的微型機(jī)器人的壓電陶瓷具有第二激勵頻率情況下的運(yùn)動狀態(tài)示意圖，其中為了清楚的表現(xiàn)微型機(jī)器人的運(yùn)動情況，圖中還示出了微型機(jī)器人靜止時的狀態(tài)。具體地，A視圖為微型機(jī)器人靜止時的狀態(tài)，C視圖為微型機(jī)器人在第二激勵頻率作用下的運(yùn)動狀態(tài)。且圖中箭頭方向代表了微型機(jī)器人的運(yùn)動方向；
[0021]圖4為本實(shí)用新型的微型移動機(jī)構(gòu)的一【具體實(shí)施方式】的立體示意圖。
[0022]圖中相關(guān)|吳塊與其標(biāo)號的對應(yīng)關(guān)系如下:
[0023]柔性諧振體-10 ;壓電陶瓷-20 ;微足-30 ;連接為一體的柔性諧振體_201。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的微型機(jī)器人的技術(shù)方案如下:
[0025]一種微型機(jī)器人，其包括:柔性諧振體、設(shè)置于所述柔性諧振體一側(cè)的壓電陶瓷、以及設(shè)置于所述柔性諧振體另一側(cè)的位置與所述壓電陶瓷相對應(yīng)的若干微足，所述若干微足以陣列形式排布。
[0026]優(yōu)選地，所述微足陣列中微足的材質(zhì)為非金屬材質(zhì)。
[0027]優(yōu)選地，所述壓電陶瓷具有第一激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第一激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第一夾角。
[0028]優(yōu)選地，所述壓電陶瓷具有第二激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第二激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第二夾角。
[0029]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的微型移動機(jī)構(gòu)的技術(shù)方案如下:
[0030]—種微型移動機(jī)構(gòu)，其包括若干微型機(jī)器人，所述微型機(jī)器人包括:柔性諧振體、設(shè)置于所述柔性諧振體一側(cè)的壓電陶瓷、以及設(shè)置于所述柔性諧振體另一側(cè)的位置與所述壓電陶瓷相對應(yīng)的若干微足，所述若干微足以陣列形式排布，所述若干微型機(jī)器人的柔性諧振體連接為一整體。
[0031 ] 優(yōu)選地，所述柔性諧振體呈一 “回”字型，所述若干微型機(jī)器人的壓電陶瓷均對稱布于所述柔性諧振體的兩側(cè)。
[0032]優(yōu)選地，所述壓電陶瓷具有第一激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第一激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第一夾角。
[0033]優(yōu)選地，所述壓電陶瓷具有第二激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第二激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第二夾角。
[0034]優(yōu)選地，所述微型移動機(jī)構(gòu)還包括電源和控制驅(qū)動電路，所述電源為所述壓電陶瓷供電。
[0035]優(yōu)選地，所述微足陣列中微足的材質(zhì)為非金屬材質(zhì)。
[0036]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本實(shí)用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0037]如圖1所示，本實(shí)用新型的微型機(jī)器人100包括柔性諧振體10、設(shè)置于上述柔性諧振體10 —側(cè)的壓電陶瓷20、以及設(shè)置于上述柔性諧振體10另一側(cè)的位置與壓電陶瓷20相對應(yīng)的若干微足30。本實(shí)用新型中的壓電陶瓷與微足分離設(shè)置，從而微型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)易于小型化。
[0038]作為一種實(shí)施方式，上述若干微足30分為兩組，兩組微足之間具有一定間距，并相對設(shè)置于柔性諧振體10上。相應(yīng)地，每組微足與一壓電陶瓷20相對應(yīng)。本實(shí)施方式中，當(dāng)上述壓電陶瓷20作為激勵源帶動其一側(cè)的柔性諧振體10進(jìn)行諧振時，柔性諧振體10在激勵的帶動下，在其上產(chǎn)生駐波。駐波進(jìn)一步帶動設(shè)置于柔性諧振體10另一側(cè)的兩組微足敲擊接觸面，從而微型機(jī)器人100發(fā)生運(yùn)動。上述微足敲擊接觸面時，微足與接觸面之間具有一夾角。根據(jù)微型機(jī)器人運(yùn)動方向的不同，上述夾角具有不同的角度值。同時，微型機(jī)器人應(yīng)用的場合的不同，接觸面可以是人體內(nèi)的組織表面等。
[0039]優(yōu)選地，上述微足30以規(guī)則的陣列形式排布，如此有利于微足30的運(yùn)動。同時，微足30的材質(zhì)為非金屬材質(zhì)，例如光敏樹脂、ABS塑料等。如此，當(dāng)微足與接觸面接觸時，不會劃傷接觸面。
[0040]上述壓電陶瓷20具體可以是雙壓電片結(jié)構(gòu)，上述雙壓電片具體包括兩片層狀的壓電材料、和位于上述兩片壓電材料之間的金屬材料。上述金屬材料既作為電極，又同時增加了雙壓電片的強(qiáng)度。當(dāng)上述雙壓電片位于電場中時，其中一片壓電材料伸長，另一片壓電材料縮短，從而產(chǎn)生彎曲。
[0041]壓電陶瓷20還可以是疊堆陶瓷，其中疊堆陶瓷是由若干疊在一起的陶瓷片組成。如此設(shè)置，當(dāng)對疊堆陶瓷施加一電場后，其可相對于單片陶瓷可具有較大的形變量。從而，疊堆陶瓷可輸出較大的作用力，其頻響高。
[0042]作為一種替代實(shí)施方式，壓電陶瓷20還可以是陶瓷管，該陶瓷管為呈軸對稱的管狀結(jié)構(gòu)，其被分成三部分或四部分，當(dāng)施加一外界的電場后，每一部分會相應(yīng)地產(chǎn)生空間的彎曲。
[0043]下面結(jié)合具體的實(shí)施例，對本實(shí)用新型的微型機(jī)器人的運(yùn)動過程進(jìn)行闡述。
[0044]如圖2所示，上述壓電陶瓷20具有第一激勵頻率，當(dāng)壓電陶瓷20以上述第一激勵頻率帶動柔性諧振體10諧振時，柔性諧振體10上產(chǎn)生駐波，在駐波的作用下，微足30敲擊接觸面，并與接觸面之間具第一夾角a。此時，微足30位于產(chǎn)生的駐波的相應(yīng)的波峰位置之后，從而微足向斜后方敲擊地面，并相應(yīng)推動機(jī)器人向前運(yùn)動。需要說明的是，本實(shí)施例中上述“斜后方”、“向前”等是以圖中箭頭所示運(yùn)動方向為參考標(biāo)準(zhǔn)的，定義圖中箭頭所示的運(yùn)動方向為前方，相應(yīng)地，箭頭的反方向為后方。
[0045]如圖3所示，改變壓電陶瓷20的激勵頻率，上述壓電陶瓷20具有第二激勵頻率，當(dāng)壓電陶瓷20以上述第二激勵頻率帶動柔性諧振體10諧振時，柔性諧振體10上產(chǎn)生駐波，在駐波的作用下，微足30敲擊接觸面，并與接觸面之間具第二夾角β。此時，微足30位于產(chǎn)生的駐波的相應(yīng)的波峰位置之前，從而微足向斜前方敲擊地面，并相應(yīng)推動機(jī)器人向后運(yùn)動。本實(shí)施例中，定義圖中箭頭所示的運(yùn)動方向為后方，相應(yīng)地，箭頭的反方向為前方。
[0046]如圖4所示，本實(shí)用新型還提供一種微型移動機(jī)構(gòu)200，該微型移動機(jī)構(gòu)200包括上述若干微型機(jī)器人100。作為一種實(shí)施方式,上述若干微型機(jī)器人100的柔性諧振體10連接為一整體201，且連接為一整體的柔性諧振體201呈一 “回”字型，本實(shí)施方式中，若干微型機(jī)器人100的壓電陶瓷20對稱分布于上述柔性諧振體201的兩側(cè)，相應(yīng)地，與壓電陶瓷20位置相對應(yīng)的微足30位于柔性諧振體201的另一側(cè)。
[0047]如上所述，通過對柔性諧振體施加不同的頻率的激勵，可以實(shí)現(xiàn)微型機(jī)器人的前進(jìn)或者后退。因此，在本實(shí)用新型的微型移動機(jī)構(gòu)200的一實(shí)施方式中，微型機(jī)器人100的壓電陶瓷20以第一激勵頻率帶動柔性諧振體201諧振時，微足30與接觸面具有第一夾角，此時可實(shí)現(xiàn)微型移動機(jī)構(gòu)200的前進(jìn)；當(dāng)微型機(jī)器人100的壓電陶瓷20以第二激勵頻率帶動柔性諧振體201諧振時，微足30與接觸面具有第二夾角，此時可實(shí)現(xiàn)微型移動機(jī)構(gòu)200的后退。其運(yùn)動機(jī)理已在上文進(jìn)行了闡述，此處不再重復(fù)敘述。
[0048]由于上述微型機(jī)器人100對稱分布于上述柔性諧振體201的兩側(cè)，從而當(dāng)一側(cè)的微型機(jī)器人運(yùn)動，另一側(cè)的微型機(jī)器人靜止時，可實(shí)現(xiàn)微型移動機(jī)構(gòu)200的轉(zhuǎn)向。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能，微型移動機(jī)構(gòu)還包括電源(未圖示)和控制驅(qū)動電路(未圖示)，其中，電源為壓電陶瓷20進(jìn)行供電，控制驅(qū)動電路則用于控制微型機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)，其可選擇性地控制部分微型機(jī)器人運(yùn)動，而其余的微型機(jī)器人保持靜止。在其他實(shí)施方式中，上述若干微型機(jī)器人可以具有不同的排列方式，而不限于對稱分布于柔性諧振體的兩側(cè)。控制驅(qū)動電路配合不同的微型機(jī)器人的分布排列方式，可以實(shí)現(xiàn)微型移動機(jī)構(gòu)不同的運(yùn)動方式。
[0049]優(yōu)選地，本實(shí)用新型的微型移動機(jī)構(gòu)200中的微足30采用非金屬材質(zhì)，例如光敏樹脂、ABS塑料等。
[0050]綜上所述，本實(shí)用新型的微型機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、體積小、能耗低、能量利用率高，且其無電磁干擾、激勵頻率可調(diào)范圍大。
[0051]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0052]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種微型機(jī)器人，其特征在于，所述微型機(jī)器人包括:柔性諧振體、設(shè)置于所述柔性諧振體一側(cè)的壓電陶瓷、以及設(shè)置于所述柔性諧振體另一側(cè)的位置與所述壓電陶瓷相對應(yīng)的若干微足，所述若干微足以陣列形式排布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型機(jī)器人，其特征在于，所述壓電陶瓷具有第一激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第一激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第一夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型機(jī)器人，其特征在于，所述壓電陶瓷具有第二激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第二激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第二夾角。
4.一種微型移動機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述微型移動機(jī)構(gòu)包括若干微型機(jī)器人，所述微型機(jī)器人包括:柔性諧振體、設(shè)置于所述柔性諧振體一側(cè)的壓電陶瓷、以及設(shè)置于所述柔性諧振體另一側(cè)的位置與所述壓電陶瓷相對應(yīng)的若干微足，所述若干微足以陣列形式排布，所述若干微型機(jī)器人的柔性諧振體連接為一整體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型移動機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述柔性諧振體呈一“回”字型，所述若干微型機(jī)器人的壓電陶瓷均對稱布于所述柔性諧振體的兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型移動機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述壓電陶瓷具有第一激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第一激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第一夾角。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型移動機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述壓電陶瓷具有第二激勵頻率，所述壓電陶瓷以所述第二激勵頻率帶動柔性諧振體諧振時，所述微足與接觸面之間具有第二夾角。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型移動機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述微型移動機(jī)構(gòu)還包括電源和控制驅(qū)動電路。
【文檔編號】B25J19/00GK203527454SQ201320590509
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】李偉達(dá), 李娟 , 胡海燕, 劉磊 申請人:蘇州大學(xué)張家港工業(yè)技術(shù)研究院