[發明專利]一種貼片式壓電驅動的移動機器人及其工作方法

有效

• 申請號: 201811349989.1
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109334794B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 于鵬鵬;金家楣;王亮;陳迪;李昕鍵
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D55/065
• 分類號: B62D55/065;B64G1/16;H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種貼片式壓電驅動的移動機器人，其特征在于，包含貼片式壓電振子、第一車輪、第二車輪、第一固定板、第二固定板、第一彈性帶和第二彈性帶；

所述貼片式壓電振子包含金屬基體、第一夾持端和第二夾持端；

所述金屬基體包含第一作動頭、第二作動頭和振動梁；

所述振動梁為長方體，包含上下前后四個側面和左右兩個端面；所述第一作動頭、第二作動頭均包含作動端和連接端，其中，作動端呈弧面狀，連接端呈平面狀；所述第一作動頭、第二作動頭的連接端分別和所述振動梁左右兩個端面固連；

所述第一夾持端、第二夾持端分別設置在所述振動梁上側面、下側面的中間，且第一夾持端、第二夾持端上均設有垂直于振動梁前側面的安裝孔；

所述振動梁上側面、下側面在金屬基體N階彎振模態的最大振幅處均貼有用于產生彎振的壓電陶瓷片，所述N為偶數、是預先設定的工作模態的彎振階數；所述振動梁的前側面在金屬基體一階縱振模態的結點處貼有用于產生一階縱振的壓電陶瓷片；

所述用于產生彎振的壓電陶瓷片、用于產生縱振的壓電陶瓷片均沿其厚度方向極化；產生彎振的壓電陶瓷片從上側面至下側面極化，則產生縱振的壓電陶瓷片從后側面至前側面極化；

所述第一固定板、第二固定板均呈十字狀，包含第一長臂、第二長臂、第一短臂和第二短臂；所述第一長臂、第二長臂在同一條直線上，末端沿其長度方向均設有開口槽；所述第一短臂、第二短臂的末端均設有凸臺，且第一短臂、第二短臂的凸臺上分別設有和所述第一夾持端、第二夾持端上安裝孔相對應的固定孔；

所述貼片式壓電振子通過其第一夾持端上安裝孔、第一固定板第一短臂的固定孔、第二固定板第一短臂的固定孔采用螺栓固定相連，使得第一夾持端固定在第一固定板第一短臂的凸臺、第二固定板第一短臂的凸臺之間；貼片式壓電振子通過其第二夾持端上安裝孔、第一固定板第二短臂的固定孔、第二固定板第二短臂的固定孔采用螺栓固定相連，使得第二夾持端固定在第一固定板第二短臂的凸臺、第二固定板第二短臂的凸臺之間；

所述第一車輪、第二車輪均包含內輪轂、外輪轂、轉軸和若干輪輻，其中，所述內輪轂、外輪轂均呈環狀，同心設置；所述若干輪輻均勻的安裝在內輪轂、外輪轂之間，輪輻一端和內輪轂固連、另一端和外輪轂固連；所述轉軸和內輪轂轉動連接，使得內輪轂能夠相對轉軸自由轉動，且轉軸在內輪轂兩側設有對稱的第一環形凹槽、第二環形凹槽；

所述第一車輪轉軸的第一環形凹槽、第二環形凹槽分別置于所述第一固定板第一長臂的開口槽、第二固定板第一長臂的開口槽中，形成空間滑動鉸；所述第二車輪轉軸的第一環形凹槽、第二環形凹槽分別置于所述第一固定板第二長臂的開口槽、第二固定板第二長臂的開口槽中，形成空間滑動鉸；

所述第一彈性帶、第二彈性帶分別設置在貼片式壓電振子兩側；且第一彈性帶、第二彈性帶均套在第一車輪轉軸、第二車輪轉軸上，呈拉伸狀態，使得第一車輪外輪轂的外表面和貼片式壓電振子的第一作動頭相抵、第二車輪外輪轂的外表面和貼片式壓電振子的第二作動頭相抵。

2.根據權利要求1所述的貼片式壓電驅動的移動機器人，其特征在于，所述振動梁的后側面在金屬基體縱振模態的結點處也貼有用于產生縱振的壓電陶瓷片。

3.根據權利要求1所述的貼片式壓電驅動的移動機器人，其特征在于，所述第一車輪、第二車輪中，轉軸和內輪轂通過間隙配合的方式轉動連接。

4.根據權利要求1所述的貼片式壓電驅動的移動機器人，其特征在于，所述第一車輪、第二車輪中，轉軸和內輪轂通過軸承轉動連接。

5.根據權利要求1所述的貼片式壓電驅動的移動機器人，其特征在于，所述第一車輪、第二車輪均包含四根輪輻。

6.根據權利要求1或2所述的貼片式壓電驅動的移動機器人，其特征在于，還包含履帶，所述第一車輪、第二車輪通過所述履帶傳動連接。

7.根據權利要求6所述的貼片式壓電驅動的移動機器人，其特征在于，履帶采用金屬材料制成。

8.基于權利要求1或2所述的貼片式壓電驅動的移動機器人的工作方法，其特征在于，包含以下過程：

對所有用于產生彎振的壓電陶瓷片施加第一信號、對所有用于產生縱振的壓電陶瓷片施加第二信號，第一信號、第二信號在時間相位上相差π/2，使得貼片式壓電振子產生時間上具有π/2相位差的一階縱振和N階彎振，進而使得第一作動頭、第二作動頭上表面質點產生轉向相同的微幅橢圓運動；第一作動頭、第二作動頭又通過摩擦作用分別驅動第一車輪、第二車輪同向轉動；

通過改變第一信號、第二信號的時間相位差的先后順序，改變第一作動頭、第二作動頭上表面質點微幅橢圓運動的轉向，進而改變第一車輪、第二車輪轉動的方向。