[發明專利]平面直線轉動三自由度微移動機器人

無效

• 申請號: 01113837.8
• 申請日: 2001-04-11
• 公開（公告）號: CN1380164A
• 公開（公告）日: 2002-11-20
• 發明（設計）人: 李小凡;王忠;姚辰;原培章
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利代理有限責任公司
• 代理人: 許宗富,周秀梅

本發明屬機器人技術領域，具體說是一種耦合實現平面X、Y直線及繞Z軸轉動的三自由度微移動機器人。

隨著科學技術的發展，微動機器人技術的研究已成為當今機器人技術領域中前沿重點研究技術之一。微動機器人技術在民用和軍用方面有重要的應用價值，如生物工程的微操作系統，激光打印機反射鏡面的加工，導彈慣性至導的光陀螺反射鏡面的加工等。因此，微動機器人的研究與開發得到國際上許多國家的學者和企業和重視。為實現移動機器人微動位移，國際學術界提出許多新思想新方法，如“沖擊驅動法”、“尺蠖驅動法”等，并已研究出相應的微動機器人。其中，靜崗大學：青山尚之(作者)通過小型同步機械人生產超高精密生產機械系統(小型同走機械群による超精密生產機械システム)，精密工學會志64/6(1998)公開了一種以“尺蠖驅動法”為原理的微型機器人，它由前后兩個電磁吸盤分別連接兩條腿，通過中間壓電晶體作收縮動作，向前行走，運動速度及效率不高。東京大學：樋口(作者)沖程驅動機構潤滑面上的移動特性(インパクト驅動機構の潤滑面上じおける移動特性)，精密工學會志61-3(1995)公開了一種以沖擊驅動法為原理的微移動機器人，它是用壓電晶體將一物體與本體連結起來，控制壓電晶體突然收縮，機器人本體便獲得一個慣性力，在此慣性力作用下使機器人本體行走，精度較高，但效率不理想。另外日本熊本縣工業技水中心，各和男(作者)用壓電振動的移動機械及摩擦模式(壓電振動を用じた移動機械とその摩擦モデル)，精密工學會志57/8-1991公開了一種振動法行走微型機器人，原理是當機器人受到一定頻率振動時便向前行走，精度低，運動不易控制。中國專利申請01211842.7公開一種基于碰撞驅動法原理的兩自由度微移動機器人，由電磁鐵和驅動本體構成，實現了直線前進方向的微移動，還可以向左、向右作轉彎動作，具有小型、高精度、高效率特點，其不足之處是不能向相反方向作直線后退動作，另外具有轉彎半徑，不適合空間小的場合。

本發明的目的在于提供一種基于碰撞驅動原理，保證精度、效率的同時，能往復運動，適應狹小空間的平面直線轉動三自由度微移動機器人。

本發明的技術方案是：包括電磁鐵A、B、C、D及移動本體，每兩個相鄰電磁鐵軸線相互垂直設置，每兩個相對設置電磁鐵軸線相互平行，且驅動方向相反安裝，四個電磁鐵A、B、C、D的外殼與移動本體固連為一體；

在所述每個電磁鐵中設有銜鐵、彈簧和電磁線圈，作為驅動體的銜鐵分別裝在電磁鐵A、B、C、D的電磁線圈和位于電磁鐵里的彈簧中；在將四個電磁鐵A、B、C、D與移動本體固連時，使彈簧產生一定壓縮量，保證銜鐵在彈簧單獨作用下，始終與移動本體接觸；所述移動本體底面安裝有四個高精度鋼球，四個電磁鐵A、B、C、D軸線所構成的平面與移動本體底面四個高精度鋼球頂點所構成的平面相互平行。

本發明具有如下優點：

1.由于本發明采用“碰撞驅動法”及四個電磁鐵呈兩個相反方向安裝，因而易于實現沿X、Y軸直線微動及繞Z軸微轉動，且直線移動范圍不限、無轉彎半徑、可連續360°轉動，適用于空間狹小的場合。

2.由于本發明采用“碰撞驅動法”及電磁鐵作為驅動元件，使得微動機器人整體結構簡單緊湊，易制作，運動精度高，效率高，且制作成本低。

圖1為本發明主視圖。

圖2為本發明俯視圖。

下面結合附圖和實施例對本發明結構及原理作進一步詳細說明。

本發明的構成如圖1、2所示，包括電磁鐵A1、B2、C3、D4及移動本體5，每兩個相鄰電磁鐵軸線相互垂直設置，每兩個相對設置電磁鐵軸線相互平行，且驅動方向相反安裝，四個電磁鐵A1、B2、C3、D4的外殼與移動本體固連為一體；

在所述每個電磁鐵中設有銜鐵10、彈簧11和電磁線圈9，作為驅動體的銜鐵10分別裝在電磁鐵A1、B2、C3、D4的電磁線圈9和位于電磁鐵里的彈簧11中；在將四個電磁鐵A1、B2、C3、D4與移動本體5固連時，使彈簧11產生一定壓縮量，保證銜鐵10在彈簧11單獨作用下(電磁鐵不通電)，始終與移動本體5接觸；所述移動本體5底面安裝有四個高精度鋼球6，四個電磁鐵A1、B2、C3、D4軸線所構成的平面與移動本體5底面四個高精度鋼球頂點所構成的平面相互平行。

本發明在中科院先進制造技術基地課題實驗中，經過測試，其最小位移精度可達到0.8μm。