[發明專利]振動機器人蠕動器

有效

• 申請號: 201410432156.7
• 申請日: 2008-04-13
• 公開（公告）號: CN104260726B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: O·薩洛蒙;N·什瓦爾貝;M·肖哈姆
• 申請（專利權）人: 泰克尼恩研究和發展基金有限公司
• 主分類號: B60W50/04
• 分類號: B60W50/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 邵偉

一種自動振動驅動設備，其用于運動通過腔或者沿表面運動，所述設備利用附接到設備的主體的成組柔性纖維。纖維的外部表面具有對于表面的各向異性摩擦系數，設備沿所述表面移動，并且纖維從設備延伸使得纖維的至少其中一些沿其部分長度與壁接觸。使用換能器使設備振動，使得設備在腔中向下移動。換能器可以為設備運載的或者在設備外部。還描述了一種旋轉設備，其利用布置在轉子的主體上的成組的纖維，所述纖維具有對于中心定子或者對于外部圓形壁的各向異性摩擦系數。還描述了用于在平坦表面上蠕動的平面運動設備。

本發明是申請日為2008年04月13日、申請號為200880019808.7的中國發明專利“振動機器人蠕動器”的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于在表面上蠕動的機器人(robotic)設備，無論是平面還是在腔中，尤其是利用設備的振動借助于具有外部表面的柔性纖維推動設備，所述外部表面具有相對于設備在其上蠕動的表面的各向異性摩擦。

背景技術

用于提供沿腔向下的自動運動(autonomous motion)的當前技術大致包含具有多個移動部件的相對復雜的機構，由于當前技術的限制這約束了微型化。此外這些技術經常需要順序控制致動，這使得其運行復雜化。

此外一般使用的大多數方法不能在例如相對較小管道的有限空間中，或者只能在那些為設備預先確定的環境中工作。由于移動部件的復雜性、多樣性，致動器和控制電路、傳感器以及內部電源的可能性需求，具體地像在管道這樣微型化必不可少的狹窄環境中，現有技術機構受到尺寸限制，且具有復雜的組件以及相對高的成本。更加具體地對于醫學運用，對于具有最少數量的移動部件(出于醫學安全原因)的不引起排斥的微型系統的要求，現有技術機構通常距離最優還有很大距離。

因此，需要簡單的、由最少數量的移動部件組成自動微型移動機構，并且所述機構在不同環境中性能良好。

由環節動物尤其是蚯蚓的蠕動運動引起的移動，啟發了對在震動(oscillating)微型結構和腔的壁或者被穿越的表面之間的摩擦的使用。所述設備提供簡單的機器人自動蠕動設備。

在Autonomous Robots Journal Vol 21(2)第155-163頁中發表的題目為“Development of a biomimetic miniature robotic crawler”的文章，描述了賦予被動的鉤狀摩擦性微型結構的分塊的人工蠕動器的發展，所述微型結構使用形狀記憶合金彈簧使其軀干在低頻下交替地大幅收縮和伸展，由此引起移動。鉤為設備的前進提供必要的各向異性摩擦。

在Advanced Motion Control，2002，第599-603頁發表的題目為“in pipebristled micromachine”的文章中，微型機械移動原理是基于在傾斜震動的剛毛梢端和管壁之間的方向性摩擦力。在該設備軀干中使用小幅高頻壓電致動器。

在所述兩個系統中，摩擦構件限制了接觸表面幾何形狀，即如果應用為在管道中移動的機器人設備，因為沒有包含調節機構，機器人設備可以應用的直徑范圍就變窄。此外，通過利用例如形狀記憶合金或者壓電致動器的尺寸變化致動器來改變在兩個或者多個錨固剛毛之間的距離以實現移動。

CP.Xenis的美國專利文件No.2917762“用于行進通過管道的器械”，描述了用于在管道中行進的器械，其包括被安置為圓柱形的傾斜的剛性纖維，所述器械具有稍微超出管道內徑的直徑，并且由于振動前進。如同描述中所述，在纖維和器械縱軸線的法線之間大約15的傾斜角將使纖維與管道內部表面接觸時產生各向異性摩擦。然而，纖維的剛性和僅在纖維的梢端引起的摩擦將管道直徑范圍限制到器械可以應用的范圍。另外，該器械局限于在管道中使用。