[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

本發明公開了一種貼片式壓電驅動的移動機器人及其工作方法，移動機器人包含貼片式壓電振子、兩個車輪、兩個固定板、兩個彈性帶和履帶。貼片式壓電振子的兩端各有一個圓弧形作動頭，上下側面均設有夾持端。貼片式壓電振子固定在兩個固定板之間，兩個車輪的轉軸分別卡在兩個固定板兩端的開口槽中，兩個彈性帶分別套在兩個車輪轉軸的兩側、呈拉伸狀態，使得兩個車輪的外槳轂分別和壓電振子兩端的作動頭相抵。工作時，壓電振子被激勵，其兩端圓弧形作動頭產生轉向相同的橢圓運動，通過摩擦帶動兩個車輪轉動，進而驅動履帶，實現移動機器人運動。

技術領域

本發明涉及壓電作動和移動機器人領域，尤其涉及一種貼片式壓電驅動的移動機器人及其工作方法。

背景技術

月球車是探月不可缺少的基礎工具，就行進方式而言，多以輪式和履帶式為主。月球車具有越障能力強、沉降小、牽引力大等特點，在分析月球土壤化學成分和收集土壤厚度信息等方面起到了重要作用。

月球引力是地球上的六分之一，這種低引力可以讓微小顆粒懸浮停留更長時間。如果采用電磁電機驅動，作動電機具有月塵進入的風險。一旦電機堵轉，過大的電流會使線圈發熱，存在著燒毀線圈和電機控制器的可能。此外，其傳動機構的復雜、重量大也阻礙了在月面探測上的應用。

壓電作動是在定子作動頭的表面質點產生微米級的橢圓運動，并通過摩擦作用實現定動子之間的運動傳遞。由于壓電作動器工作時，定子和動子間的微米級相對滑動會剝離進入接觸界面的微小顆粒，緩解和擺脫月塵對作動器堵轉的束縛；直接驅動無需傳動機構，有利于輕量化和小型化。

在現有的一些壓電作動月球車方案（公開號：CN101964600；CN105429508；CN105490582）中，壓電振子直接與金屬履帶接觸。兩者間的正壓力是通過金屬履帶的張緊程度加以調節，而金屬履帶的彈性變形小，最佳預壓力的尋找存在著一定的困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種貼片式壓電驅動的移動機器人及其工作方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種貼片式壓電驅動的移動機器人，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縱振模態的結點處貼有用于產生縱振的壓電陶瓷片；

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；