[发明专利]压电陶瓷扑翼式机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷扑翼式机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

近年来国内外越来越多的研究者发现了微型扑翼机器人的研究价值和可行性，微型扑翼机器人技术正在逐渐走向成熟。

扑翼机器人能实现原地起飞和空中悬停，适于在长时间无能源补充及远距离条件下执行任务，在军事和民用领域具有广泛的应用前景。得到了包括美国、日本和英国等国在内很多国家的极大关注。传统的扑翼机器人采用微型电机作为动力源，结构复杂且功耗大。而压电陶瓷作为一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，具有压电效应，已逐渐应用于微型仿生机器人领域。传统的扑翼机器人只能实现空中飞行姿态，运动形式单一，对环境的适应能力弱。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种压电陶瓷扑翼式机器人，以压电陶瓷材料作为动力源，通过控制压电陶瓷驱动器控制机器人的飞行姿态，结构简单轻便；且该机器人具有陆地行走及扑翼飞行两种运动形态，对环境适应能力强。

该压电陶瓷扑翼式机器人包括一对机翼、机身支撑架、压电陶瓷双晶片、传动放大机构、驱动电缆组、头部支撑块和尾部支撑块；其中机翼包括翅脉和翅膜，其中翅脉为机翼的支撑结构；在翅脉的镂空位置安装翅膜；机翼的连接端为两个相互平行且垂直于翼平面的矩形凸块。

所述机器人整体为左右对称结构，所述传动放大机构包括主动杆、两个连杆和两个从动杆，两个从动杆分别位于机身支撑架6头部的左右两边，所述从动杆的一端与机身支撑架的上表面垂直连接，另一端与其所在侧机翼连接端的一个矩形凸块铰接；所述主动杆位于两个从动杆之间，且平行于机身支撑架，主动杆的左右两端向上延伸后分别铰接一个连杆，每个连杆与其所在侧机翼连接端的另一个矩形凸块铰接；

所述压电陶瓷双晶片的一端与传动放大机构中主动杆的中间位置固接，另一端通过尾部支撑块与机身支撑架固接；由三根驱动电缆组成的驱动电缆组固定在机身支撑架尾部的中间位置，用于输入驱动电压。

还包括万向滚珠支撑杆和一对驱动足；其中万向滚珠支撑杆安装在机身支撑架头部的下表面，其一端与机身支撑架可拆卸连接，另一端固接万向滚珠；两个驱动足分别安装在机身支撑架尾部左右两侧的下表面；所述驱动足包括压电陶瓷片、连接弹簧片和传动弹簧片，连接弹簧片的一端与机身支撑架可拆卸连接，另一端通过压电陶瓷片与传动弹簧片连接。

所述驱动足中传动弹簧片的末端朝向机身支撑架的头部方向弯曲。

每个从动杆通过其所在侧的头部支撑块与机身支撑架6连接。

所述翅脉由碳纤维片制成，翅膜为聚酯膜。

所述铰接采用复合型柔性铰链。

当机器人在陆地行走时，所述驱动电缆组的一个输出端与两个驱动足中压电陶瓷片的负极相连，另两个输出端分别与两个压电陶瓷片的正极相连，用于输出两路共地的正弦交流电压信号；当机器人在空中飞行时，所述驱动电缆组的三个输出端分别与压电陶瓷双晶片的三个信号端相连，用于输出地信号、直流电压信号和交流正弦偏置电压信号。

所述机身支撑架为硬性轻质材料，且其头部镂空。

有益效果：

（1）采用压电陶瓷材料作为该机器人的动力源，使其结构简单，轻便。

（2）该机器人具有陆地行走及扑翼飞行两种运动形态，对环境适应能力强，且机身支撑架与万向滚珠支撑架和驱动足部分之间可拆卸连接，在空中飞行将万向滚珠支撑杆和压电陶瓷驱动足拆掉，从而使机器人更加轻便，易于实现两栖功能。

（3）机翼的传动机构通过四连杆传动放大机构实现，结构简单，性能可靠。

附图说明

图1为本发明的压电陶瓷扑翼式机器人平面行走结构示意图；

图2为本发明的压电陶瓷扑翼式机器人飞行结构示意图；

图3为机翼结构示意图；

图4为传动放大机构示意图。

其中：1-翅脉、2-翅膜、3-传动放大机构、4-头部支撑块、5-万向滚珠支撑杆、6-机身支撑架、7-压电陶瓷双晶片、8-尾部支撑块、9-连接弹簧片、10-压电陶瓷片、11-传动弹簧片、12-驱动电缆组、13-主动杆、14-从动杆、15-连杆

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种压电陶瓷扑翼式机器人，该机器人采用压电陶瓷材料作为动力源，且具有陆地行走及扑翼飞行两种运动形态，对环境适应能力强。