[发明专利]一种小型多体节压电机器人及其激励方法

说明书

本发明提出了一种小型多体节压电机器人及其激励方法：小型多体节压电机器人，结构包括三组完全相同的“人”字形压电体节和一个基体，三组“人”字形压电体节并联在基体上；“人”字形压电体节结构包括一对驱动足，当电压激励信号施加在一对驱动足上时双足反向弯曲，“人”字形压电体节实现张合运动，利用双足与工作面相对运动所产生摩擦力的合力作为驱动力，驱动“人”字形压电体节实现步进运动；通过设计3组“人”字形压电体节的电压激励信号，控制它们的运动时序，激励机器人实现平面运动；本发明的小型多体节压电机器人具有体积小、重量轻、结构简单、和位移分辨率高等优点，在超精密驱动、定位及精密搬运、检测等领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体地涉及一种小型多体节压电机器人及其激励方法。

背景技术

近年来，小型机器人由于其体积小、重量轻等优点，已成为一个重要的研究方向。它们可以在大尺寸机器人或人类无法到达的狭窄空间内移动和工作，也可以在要求轻量化的工作环境中进行部署和应用，这些特点使它们成为操纵、搜索和监视等工作的候选者。

传统的小型机器人大多采用电磁驱动方式，需要传动系统实现速度变换，结构相对较为复杂，限制了它们进一步的小型化和轻量化，此外，电磁驱动型机器人输出位移分辨率一般只能达到压微米级且不易实现多自由度运动输出，这些都限制了传统的小型电磁驱动型机器人的应用范围。相比之下，压电材料具有响应快、分辨率高、功率密度高、断电自锁、无电磁干扰等优点，压电致动型机器人易于实现小型化、轻量化及高位移分辨率等特性。

本发明提出的小型多体节压电机器人，采用多压电体节并联的结构形式，通过多压电体节相互协调配合，实现平面运动输出；首先，该小型多体节压电机器人继承了并联型装置的优点，具有高刚度和高位移分辨率的突出优势；其次，所使用的压电体节结构简单，体积小，重量轻，成本低，易于加工装配；最后，提出了该小型多体节压电机器人的一种激励方法，以周期性激励信号激励该小型多体节压电机器人，利用摩擦力驱动其连续步进运动，实现平面运动输出。总而言之，本发明的小型多体节压电机器人具有一般小型机器人体积小和重量轻等优点的同时，克服了其位移分辨率和运动灵活性比较差的缺点，这些特点将极大地拓展其应用范围，使其在超精密驱动、定位及精密搬运、检测等领域有着广阔的应用前景。

发明内容

为了解决传统的小型机器人结构复杂、运动灵活性差和输出位移分辨率低等问题，本发明提出了一种小型多体节压电机器人及其激励方法。

本发明是通过以下方案实现的：

一种小型多体节压电机器人，所述机器人包括3组“人”字形压电体节1和一个基体2；所述的3组“人”字形压电体节1-1、1-2、1-3结构相同，每组“人”字形压电体节结构均包括两个驱动足1-1-1、1-1-2、1-2-1、1-2-2、1-3-1、1-3-2，所述每组“人”字形压电体节结构的两个驱动足按一定夹角固定连接；所述3组“人”字形压电体节1的顶端与基体2连接的平面呈120度固定连接；所述的驱动足1-1-1、1-1-2、1-2-1、1-2-2、1-3-1、1-3-2施加相同的电压激励信号时弯曲方向相反，驱动“人”字形压电体节1-1、1-2、1-3实现“张开”或“收合”动作。

进一步地，所述每组“人”字形压电体节1的两个驱动足1-1-1、1-1-2、1-2-1、1-2-2、1-3-1、1-3-2之间的夹角为大于0度小于180度的任意角度。

进一步地，所述小型多体节压电机器人的3组“人”字形压电体节1的驱动足1-1-1、1-1-2、1-2-1、1-2-2、1-3-1、1-3-2施加激励信号时沿“张合”方向弯曲；每组“人”字形压电体节1的驱动足与工作面之间相对运动产生的摩擦力合力不为0。

进一步地，所述小型多体节压电机器人的3组“人”字形压电体节1的组数可以为1个或2个，当数量为1时，基于惯性致动原理实现单自由度直线运动，当数量为2时，一对“人”字形压电体节正交布置，基于惯性致动原理实现平面两自由度直线运动。