一種微型步行機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微型步行機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法，它包括前端、后端、導(dǎo)軌、機(jī)體和直線步進(jìn)電機(jī)。前端和后端均為方塊結(jié)構(gòu)，加工有兩個(gè)定位孔；導(dǎo)軌為細(xì)長(zhǎng)圓柱，用于固定前端和后端并使得機(jī)體能沿導(dǎo)軌自由運(yùn)動(dòng)；機(jī)體整體呈方塊形，加工有導(dǎo)軌槽和電機(jī)槽；驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用微型壓電步進(jìn)電機(jī)。本發(fā)明可以獨(dú)立行走與各種不同的表面，對(duì)表面粗糙度，硬度有非常好的適應(yīng)能力；采用壓電步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有很高的輸出力和輸出速度；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以完全自動(dòng)化3d打印加工，成本低廉。
【專利說(shuō)明】一種微型步行機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于直線電機(jī)的單自由度連續(xù)運(yùn)動(dòng)裝置，尤其涉及一種基于微型壓電直線電機(jī)的微型尺蠖型步行機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，微型機(jī)器人已經(jīng)在災(zāi)難救助，工業(yè)檢測(cè)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(jī)器人的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，最重要的部分就是驅(qū)動(dòng)原理和驅(qū)動(dòng)部件的選擇。一方面，傳統(tǒng)的輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)器人無(wú)法適應(yīng)不平整、光滑或者柔性的工作環(huán)境。昆蟲(chóng)和蠕蟲(chóng)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(jī)器人工作原理。微型仿蚯蚓機(jī)器人通過(guò)模擬蚯蚓周期性“伸張-收縮”運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jī)并不能完全滿足微型化情況下的驅(qū)動(dòng)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(dòng)器諸如離子交換聚合金屬材料驅(qū)動(dòng)器，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器，壓電驅(qū)動(dòng)器等逐步應(yīng)用到微型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)中去。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微型步行機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造成本低廉、便于實(shí)現(xiàn)，能夠在非常狹小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速的直線運(yùn)動(dòng)，適應(yīng)多種不同的表面特性，并輸出較大的負(fù)載力。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:一種新的微型步行機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法，包括前端、后端、導(dǎo)軌，機(jī)體和直線步進(jìn)電機(jī)。直線步進(jìn)電機(jī)固定在機(jī)體的電機(jī)槽內(nèi)，直線步進(jìn)電機(jī)輸出軸通過(guò)機(jī)體輸出軸槽與前端電機(jī)軸槽和后端電機(jī)軸槽形成配合，限制直線步進(jìn)電機(jī)輸出軸的運(yùn)動(dòng)；前端和后端通過(guò)兩條細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)軌固定在一起；導(dǎo)軌通過(guò)機(jī)體導(dǎo)軌槽與機(jī)體形成配合，約束機(jī)體的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中起錨點(diǎn)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(dòng)方案，將微型直線電機(jī)的短行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)器人連續(xù)的無(wú)限形成運(yùn)動(dòng)。與其他的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案相比較，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于批量加工和成本的降低。同時(shí)，本發(fā)明采用的驅(qū)動(dòng)方案使得該機(jī)器人能夠有效地適應(yīng)多種不同的地形地貌，也能夠通過(guò)高性能的直線電機(jī)獲得較高的輸出力和客觀的輸出速度。這種小型機(jī)器人的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得他能夠在未來(lái)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(shuō)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(jī)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(jī)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(yùn)動(dòng)機(jī)制的原理示意圖；
圖中:后端1、電機(jī)軸2、機(jī)體3、電機(jī)機(jī)體4、前端5、導(dǎo)軌6、機(jī)體導(dǎo)軌槽7、機(jī)體電機(jī)槽8、機(jī)體電機(jī)軸孔9、導(dǎo)軌10、前端導(dǎo)軌孔11、前端電機(jī)軸孔12、后端導(dǎo)軌孔13、后端電機(jī)軸孔14、后端纖毛15、機(jī)體纖毛16、前端纖毛17。
【具體實(shí)施方式】
[0007]如圖1所示，本發(fā)明包括前端5、后端1、機(jī)體3、導(dǎo)軌6和電機(jī)機(jī)體4和電機(jī)軸2。其中，電機(jī)機(jī)體4安裝在機(jī)體電機(jī)槽8中，電機(jī)軸與機(jī)體電機(jī)軸孔9、前端電機(jī)軸孔12和后端電機(jī)軸孔14形成配合；導(dǎo)軌6與機(jī)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(jī)體纖毛16分別安裝在對(duì)應(yīng)的前端5，后端I和機(jī)體3的底部。
[0008]如圖2所示，所述的機(jī)體3基本結(jié)構(gòu)呈方塊狀。機(jī)體3兩側(cè)加工有機(jī)體導(dǎo)軌槽7，用于固定導(dǎo)軌6 ;其內(nèi)部加工有機(jī)體電機(jī)槽8和機(jī)體電機(jī)軸孔9,用于固定電機(jī)機(jī)體4和電機(jī)軸2。機(jī)體纖毛16膠結(jié)在機(jī)體3底部。
[0009]如圖3所示，所述的導(dǎo)軌6是一根細(xì)長(zhǎng)的圓柱桿。
[0010]如圖4所示，所述的直線步進(jìn)電機(jī)包含電機(jī)機(jī)體4和電機(jī)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(gè)導(dǎo)軌孔11和一個(gè)電機(jī)軸孔12，分別用于導(dǎo)軌6和電機(jī)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(gè)導(dǎo)軌孔13和一個(gè)電機(jī)軸孔14分別用于導(dǎo)軌6和電機(jī)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(jì)的微型機(jī)器人采用類蚯蚓的運(yùn)動(dòng)原理。初始狀態(tài)時(shí)，微型直線電機(jī)處于非驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(圖7 (a))，前端纖毛17，后端纖毛15和機(jī)體纖毛16均處于非直立狀態(tài)；當(dāng)微型直線電機(jī)啟動(dòng)沿某一方向運(yùn)動(dòng)，電機(jī)軸2相對(duì)于電機(jī)機(jī)體4向前運(yùn)動(dòng)。在這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用下，機(jī)體纖毛16處于直立狀態(tài)，阻止機(jī)體3發(fā)生運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)。這樣，前端5和后端I向前運(yùn)動(dòng)一端距離；當(dāng)微型直線電機(jī)改變運(yùn)轉(zhuǎn)方向，沿相反的方向運(yùn)動(dòng)，電機(jī)軸2相對(duì)于電機(jī)機(jī)體4向后運(yùn)動(dòng)。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)。相反，機(jī)體纖毛16恢復(fù)非直立狀態(tài)，不影響機(jī)體3運(yùn)動(dòng)。這樣，機(jī)體3向前運(yùn)動(dòng)一段距離。在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)體3，前端5和后端均I向前運(yùn)動(dòng)了一段距離。最終，整個(gè)機(jī)器人恢復(fù)到初始狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù)，該機(jī)器人即可連續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。根據(jù)該運(yùn)動(dòng)原理，本發(fā)明可以用常用的微型步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的直線運(yùn)動(dòng)，可控制性好，輸出力矩和輸出速度可以滿足大量微型機(jī)器人應(yīng)用的需求。同時(shí)，本發(fā)明具備良好的可擴(kuò)充性，通過(guò)集成更多的操作部件，可以完成更多的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)更多的功能。
[0014]上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明的原理，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型微小步行機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法，其特征是:它包括前端(5)、機(jī)體(3)、后端(I )、電機(jī)機(jī)體(4 )和電機(jī)軸(2 )等；其中，電機(jī)機(jī)體(4 )安裝在機(jī)體電機(jī)槽(8 )中，電機(jī)軸與機(jī)體電機(jī)軸孔(9)、前端電機(jī)軸孔(12)和后端電機(jī)軸孔(14)形成配合；導(dǎo)軌(6)與機(jī)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(jī)體纖毛(16)分別安裝在對(duì)應(yīng)的前端(5)，后端(I)和機(jī)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(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:所述的機(jī)體(3)兩側(cè)加工有機(jī)體導(dǎo)軌槽(7)，用于固定導(dǎo)軌(6);其內(nèi)部加工有機(jī)體電機(jī)槽(8)和機(jī)體電機(jī)軸孔(9),用于固定電機(jī)機(jī)體(4)和電機(jī)軸(2);機(jī)體纖毛(16)膠結(jié)在機(jī)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(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)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(gè)導(dǎo)軌孔(11)和一個(gè)電機(jī)軸孔(12)，分別用于導(dǎo)軌(6)和電機(jī)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(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:所述的后端(I)的一端加工有兩個(gè)導(dǎo)軌孔(13)和一個(gè)電機(jī)軸孔(14)分別用于導(dǎo)軌(6)和電機(jī)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(hào)】B25J7/00GK103692431SQ201310651256
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江大學(xué)