[发明专利]一种微型步行机器人及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于直线电机的单自由度连续运动装置，尤其涉及一种基于微型压电直线电机的微型尺蠖型步行机器人。

背景技术

近年来，微型机器人已经在灾难救助，工业检测和医疗诊断等领域展现出了非常优秀的应用前景。在微型机器人的设计制造过程中，最重要的部分就是驱动原理和驱动部件的选择。一方面，传统的轮式驱动机器人无法适应不平整、光滑或者柔性的工作环境。昆虫和蠕虫的仿生学研究提供了许多优秀的环境适应性微型机器人工作原理。微型仿蚯蚓机器人通过模拟蚯蚓周期性“伸张-收缩”运动过程，能够有效地适应复杂的地形地貌，并提供客观的力和速度输出。另一方面，传统的电磁电机并不能完全满足微型化情况下的驱动需求，通常力矩太小，结构太复杂，转速太高。新的微型智能驱动器诸如离子交换聚合金属材料驱动器，形状记忆合金驱动器，压电驱动器等逐步应用到微型机器人的驱动中去。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微型步行机器人及其驱动方法，本发明结构简单、加工制造成本低廉、便于实现，能够在非常狭小的空间内实现连续快速的直线运动，适应多种不同的表面特性，并输出较大的负载力。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种新的微型步行机器人及其驱动方法，包括前端、后端、导轨，机体和直线步进电机。直线步进电机固定在机体的电机槽内，直线步进电机输出轴通过机体输出轴槽与前端电机轴槽和后端电机轴槽形成配合，限制直线步进电机输出轴的运动；前端和后端通过两条细长的导轨固定在一起；导轨通过机体导轨槽与机体形成配合，约束机体的运动方向；前端纤毛后后端纤毛分别固定在前端和后端的底部，在微型机器人的运动过程中起锚点作用。

本发明的有益效果是：本发明采用了类似蚯蚓的周期性驱动方案，将微型直线电机的短行程往复运动转化为机器人连续的无限形成运动。与其他的机器人驱动方案相比较，本发明的结构简单，有利于批量加工和成本的降低。同时，本发明采用的驱动方案使得该机器人能够有效地适应多种不同的地形地貌，也能够通过高性能的直线电机获得较高的输出力和客观的输出速度。这种小型机器人的技术优势，使得他能够在未来的医疗设备领域获得良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是本发明机体的结构示意图；

图3是本发明导轨的结构示意图；

图4是本发明电机的结构示意图；

图5是本发明前端的结构示意图；

图6是本发明后端的结构示意图；

图7是本发明的基于蚯蚓运动机制的原理示意图；

图中：后端1、电机轴2、机体3、电机机体4、前端5、导轨6、机体导轨槽7、机体电机槽8、机体电机轴孔9、导轨10、前端导轨孔11、前端电机轴孔12、后端导轨孔13、后端电机轴孔14、后端纤毛15、机体纤毛16、前端纤毛17。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括前端5、后端1、机体3、导轨6和电机机体4和电机轴2。其中，电机机体4安装在机体电机槽8中，电机轴与机体电机轴孔9、前端电机轴孔12和后端电机轴孔14形成配合；导轨6与机体导轨槽7、前端导轨孔11和后端导轨孔13形成配合；前端纤毛17、后端纤毛15和机体纤毛16分别安装在对应的前端5，后端1和机体3的底部。

如图2所示，所述的机体3基本结构呈方块状。机体3两侧加工有机体导轨槽7，用于固定导轨6；其内部加工有机体电机槽8和机体电机轴孔9，用于固定电机机体4和电机轴2。机体纤毛16胶结在机体3底部。

如图3所示，所述的导轨6是一根细长的圆柱杆。

如图4所示，所述的直线步进电机包含电机机体4和电机轴2。

如图5所示，所述的前端5基本结构呈方块状。前端5的一端加工有两个导轨孔11和一个电机轴孔12，分别用于导轨6和电机轴2的单向限位；前端纤毛17安装在前端5的底部。

如图6所示，所述的后端1基本结构呈方块状。后端1的一端加工有两个导轨孔13和一个电机轴孔14分别用于导轨6和电机轴2的单向限位；后端纤毛15安装在后端1的底部。