[發(fā)明專利]一種磁場驅(qū)動的輪式折紙機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110697919.0
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113635313B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫宇;倪俊;孫曉康;王禹;丁武學(xué);曹春平
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J5/00;B25J9/12
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發(fā)明公開了一種磁場驅(qū)動的輪式折紙機(jī)器人，包括：機(jī)器人本體，機(jī)器人本體根據(jù)成型機(jī)器人形狀設(shè)置多處折痕，折痕處設(shè)有熱收縮模塊，通過受熱收縮拉動機(jī)器人本體的折痕位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的折疊變形；機(jī)器人本體上設(shè)有多個活動滾輪，活動滾輪上設(shè)有一對永磁體，兩個永磁體以活動滾輪轉(zhuǎn)軸為中心對稱布置；對應(yīng)于活動滾輪的安裝位置，機(jī)器人本體上設(shè)有多對線圈；成對的線圈磁極相同；與永磁體位置最近的一對線圈通電用于與永磁體產(chǎn)生相互排斥力，與該對線圈相鄰的一對線圈通電用于與永磁體產(chǎn)生相互吸引力或排斥力，以驅(qū)動活動滾輪正向或反向轉(zhuǎn)動，并通過部分活動滾輪的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。該機(jī)器人具有自動成型、成型自鎖和無纜驅(qū)動運(yùn)動的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于折紙機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種磁場驅(qū)動的輪式折紙機(jī)器人。

背景技術(shù)

折紙技術(shù)一門新興學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料、機(jī)械、生物、醫(yī)藥等多個學(xué)科的交匯領(lǐng)域，是古老的民間藝術(shù)與現(xiàn)代科學(xué)的有機(jī)結(jié)合。近年來，折紙技術(shù)被用到機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，在保留機(jī)器人自動作業(yè)等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上加入折紙的折疊特性，設(shè)計(jì)制作出了各式各樣的折紙機(jī)器人，增加了其對環(huán)境的適應(yīng)性，折紙機(jī)器人是通過折疊實(shí)現(xiàn)形態(tài)和功能的自動化機(jī)器。它通過設(shè)計(jì)材料折痕的幾何實(shí)現(xiàn)所需的功能，從而將材料與機(jī)器緊密地結(jié)合起來。此外，用于制造折紙機(jī)器人的紙張或其他可折疊薄片材料在顯著減少機(jī)器人重量和降低材料成本的同時也有利于環(huán)境保護(hù)。這些特性使得折紙機(jī)器人在醫(yī)療、探索、搜救等方面都有著廣闊的應(yīng)用前景，對其發(fā)展現(xiàn)狀的分析將有助于更好地理解折紙機(jī)器人發(fā)展面臨的問題，并更準(zhǔn)確地把握其未來發(fā)展的方向。

Miyashita S,Guitron S P,Ludersdorfer M,et al.An Untethered MiniatureOrigami Robot that Self-folds,Walks,Swims,and Degrades[C]//IEEE InternationalConference on RoboticsAutomation.IEEE,2015.研制了一種微型可折疊機(jī)器人，它由一個展開面積為1.7cm²的聚苯乙烯層組成折紙機(jī)器人的本體，折紙結(jié)構(gòu)作為其身體骨架，通過安置在機(jī)器人薄片上的永磁體在外磁場遠(yuǎn)程控制下完成變形和運(yùn)動。機(jī)器人可以執(zhí)行包括搬運(yùn)、爬坡、游泳等不同任務(wù)，且能在特定溶液中實(shí)現(xiàn)溶化自毀。這種折紙機(jī)器人設(shè)計(jì)了新穎的機(jī)器人成型方法并且利用外部交變磁場力在某一固定區(qū)域的作用，使平面成型后的機(jī)器人能完成各種復(fù)雜的運(yùn)動；它的局限性在于驅(qū)動機(jī)器人運(yùn)動的范圍總是受制于外部驅(qū)動裝置的大小。

CN104369181A公開了一種利用電場驅(qū)動的自成形柔性機(jī)器人，折疊關(guān)節(jié)部位通過記憶合金絲在溫度場下作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的變形功能；通過電場激發(fā)，驅(qū)動模塊上的相對的兩塊鍍銅薄膜產(chǎn)生相排斥的靜電力，相對的鍍銅薄膜吸引，使得關(guān)節(jié)折疊彎曲，然后通過電荷消失下關(guān)節(jié)彈性恢復(fù)力，變成機(jī)器人前進(jìn)的推進(jìn)力。這一技術(shù)對機(jī)器人自折疊成型與無纜線驅(qū)動提出了一種切實(shí)可行的方法，擺脫了機(jī)器人對電機(jī)驅(qū)動和機(jī)械傳動的依賴，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)運(yùn)動，且活動范圍不受限制；它的局限性在于無法實(shí)現(xiàn)精確成型、電場驅(qū)動需要很高的電壓值不利于實(shí)際制作，且機(jī)器人的運(yùn)動速度低、無法實(shí)現(xiàn)除前進(jìn)運(yùn)動外其他平面運(yùn)動的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種磁場驅(qū)動的輪式折紙機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)空間占地容積可降低90％以上、可精確成型且成型后能自鎖、無線攬電場控制磁場驅(qū)動的輪式折紙機(jī)器人，且機(jī)器人要具有一定的運(yùn)動速度、可以實(shí)現(xiàn)任意平面的運(yùn)動。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種磁場驅(qū)動的輪式折紙機(jī)器人，包括：機(jī)器人本體，為平板結(jié)構(gòu)，機(jī)器人本體根據(jù)機(jī)器人形狀設(shè)置多處折痕，所述折痕處設(shè)有熱收縮模塊，通過受熱收縮拉動機(jī)器人本體的折痕位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的折疊變形；