[發明專利]一種電磁驅動微小型機器人

有效

• 申請號: 202110405019.4
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113070864B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 曾楊吉;劉自紅;蔡勇;蔣全斌
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: B25J7/00
• 分類號: B25J7/00
• 代理公司: 綿陽山之南專利代理事務所(普通合伙) 51288
• 代理人: 沈強

本發明公開了一種電磁驅動微小型機器人，機械自動化領域，其包括電磁驅動組件，所述電磁驅動組件包括驅動套筒、永磁體組、磁體固定件、空心螺線管、電磁線圈，所述永磁體組為兩個；所述驅動套筒包括套筒筒體、分割件、輸出連接件，所述套筒筒體呈中空管狀，所述分割件設置在套筒筒體內部，所述分割件將套筒筒體內部分割為兩個磁體安裝腔體，兩個磁體安裝腔體采用同軸設計；所述永磁體組對應設置在磁體安裝腔體內，兩個永磁體組靠近分隔件一側的極性相同；所述磁體固定件與套筒筒體相連且磁體固定件能限制永磁體組與套筒筒體之間的相對運動。本申請能使微小型四足機器人實現穩定步態，填補了國內外在微小型四足機器人動力驅動研究領域的空白。

技術領域

本發明涉及機械自動化領域，尤其涉及微型、小型機器人領域，具體為一種電磁驅動微小型機器人。更具體地，本申請涉及一種電磁驅動機器人，其具有微型、小型的特點。

背景技術

近年來，人們致力于開發可以在狹窄空間等非結構化環境中工作的各類仿生機器人，仿生對象涉及的范圍很廣，如昆蟲、魚類、小雞等等。其中，由于足式動物具有環境適應性強、足式運動平穩且運動性能好，以及承載力大等特點，而被廣泛研究。

對于微小型足式機器人的研究，重點在于其驅動方式的選擇，以及根據不同的驅動方式所設計的機器人結構。Robert等人提出一種基于壓電晶片驅動的球面五桿結構，實現了微小型四足機器人的快走步態，但壓電材料變形小，需要高輸入電壓，或者附加結構，才能實現滿意的行程。Nima?Mahkam等人提出基于微型馬達-齒輪傳動的足式機器人模塊化設計，可根據任務要求，配置不同結構。微型馬達所需驅動電壓低、速度快，但傳動級數多、能量耗損大、機器人也較為笨重。

近年來，針對微小型機器人既要滿足較好的運動性能、較小的體積和重量的同時，也要求較好的可控性這一問題，有研究人員提出將電磁原理作為新的驅動機制應用于微小型機器人中。電磁驅動具有響應速度快、體積小、可控性高、成本低等特點，目前已被證明其在微小型機器人上的應用可行性。如Mohammed?E.?Sayed等人設計了一種基于電磁驅動的仿生貝殼機器人，能以一種滑棒運動方式實現較快的運動，整體重量僅為450g。吳琳琳等人利用電磁線圈通電頻率和極性的周期性變化實現對永磁鐵精確控制，從而實現一種膠囊機器人穩定可控的運動。此外，B.?H.?Shin等人利用電磁驅動器的高可控性設計了多級驅動，實現了一種仿蚯蚓運動的蠕動機器人。

盡管電磁驅動目前在微小型機器人上已經得到廣泛研究，但對于如微小型足式機器人的應用，可參考的方案還很少。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種電磁驅動微小型機器人。發明人從電磁驅動原理出發，構建了電磁驅動組件及機器人結構，通過對驅動器激勵特性與機器人的運動進行仿真分析，驗證了電磁驅動在微小型四足機器人的應用可行性以及控制方法，使微小型四足機器人具備更高的可控性。本申請提供一種將電磁原理用于微小型四足機器人驅動的新型微小型四足機器人驅動方案，為微小型四足機器人提供足夠動力，保障微小型四足機器人實現穩定步態，填補了國內外在微小型四足機器人動力驅動研究領域的空白。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種電磁驅動微小型機器人，包括電磁驅動組件，所述電磁驅動組件包括驅動套筒、永磁體組、磁體固定件、空心螺線管、電磁線圈，所述永磁體組為兩組；

所述驅動套筒包括套筒筒體、分割件、輸出連接件，所述套筒筒體呈中空管狀，所述分割件設置在套筒筒體內部，所述分割件將套筒筒體內部分割為兩個磁體安裝腔體，兩個磁體安裝腔體采用同軸設計；

所述永磁體組對應設置在磁體安裝腔體內，兩個永磁體組靠近分隔件一側的極性相同；所述磁體固定件與套筒筒體相連且磁體固定件能限制永磁體組與套筒筒體之間的相對運動；

所述輸出連接件與套筒筒體相連且套筒筒體通過輸出連接件能實現動力輸出；