微型机器人及微型移动机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种微型机器人、及微型移动机构，其中的微型机器人具体包括如下结构：柔性谐振体、设置于所述柔性谐振体一侧的压电陶瓷、以及设置于所述柔性谐振体另一侧的位置与所述压电陶瓷相对应的若干微足，所述若干微足以阵列形式排布。本发明的微型机器人结构简单、体积小、能耗低、能量利用率高，且其无电磁干扰、激励频率可调范围大。
【专利说明】微型机器人及微型移动机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人【技术领域】，特别是涉及一种微型机器人、及基于该微型机器人的微型移动机构。
【背景技术】
[0002]微小型机器人以其体积小、机动灵活和节约能源等优点，在工业检测、微机电系统组装、微外科手术、生物工程和光学工程等领域有着广阔的应用前景，并逐渐成为机器人研究的热点领域。
[0003]现有的微小型机器人通常包括驱动足、以及为驱动足的运动提供动力的电机。但是这种微小型机器人的缺陷在于，其能耗高，易发热，可调频率范围小，存在电磁干扰等问题。同时，上述微小型机器人其驱动足大多采用金属类柔性足和毛刺，这样对接触面容易造成一定的损伤。
[0004]因此，有必要提供一种克服上述问题的微型机器人。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种微型机器人、及微型移动机构。
[0006]为了实现上述目的之一，本发明提供的技术方案如下:
[0007]—种微型机器人，其包括:柔性谐振体、设置于所述柔性谐振体一侧的压电陶瓷、以及设置于所述柔性谐振体另一侧的位置与所述压电陶瓷相对应的若干微足，所述若干微足以阵列形式排布，所述压电陶瓷可带动所述柔性谐振体产生谐振，在谐振条件下，所述柔性谐振体上产生驻波，并使位于其一侧的所述若干微足发生振动，产生驱动所述微型机器人运动的作用力。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述微足阵列中微足的材质为非金属材质。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述压电陶瓷具有第一激励频率，所述压电陶瓷以所述第一激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第一夹角。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述压电陶瓷具有第二激励频率，所述压电陶瓷以所述第二激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第二夹角。
[0011]为实现上述另一发明目的，本发明提供的技术方案如下:
[0012]—种微型移动机构，其包括若干微型机器人，所述微型机器人包括:柔性谐振体、设置于所述柔性谐振体一侧的压电陶瓷、以及设置于所述柔性谐振体另一侧的位置与所述压电陶瓷相对应的若干微足，所述若干微足以阵列形式排布，所述若干微型机器人的柔性谐振体连接为一整体。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述柔性谐振体呈一 “回”字型，所述若干微型机器人的压电陶瓷均对称布于所述柔性谐振体的两侧。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述压电陶瓷具有第一激励频率，所述压电陶瓷以所述第一激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第一夹角。[0015]作为本发明的进一步改进，所述压电陶瓷具有第二激励频率，所述压电陶瓷以所述第二激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第二夹角。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述微型移动机构还包括电源和控制驱动电路，所述电源为所述压电陶瓷供电。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述微足阵列中微足的材质为非金属材质。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明的微型机器人结构简单、体积小、能耗低、能量利用率高，且其无电磁干扰、激励频率可调范围大。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明的微型机器人的一【具体实施方式】的平面示意图；
[0021]图2为本发明的微型机器人的压电陶瓷具有第一激励频率情况下的运动状态示意图。其中为了清楚的表现微型机器人的运动情况，图中还示出了微型机器人静止时的状态。具体地，A视图为微型机器人静止时的状态，B视图为微型机器人在第一激励频率作用下的运动状态。且图中箭头方向代表了微型机器人的运动方向；
[0022]图3为本发明的微型机器人的压电陶瓷具有第二激励频率情况下的运动状态示意图，其中为了清楚的表现微型机器人的运动情况，图中还示出了微型机器人静止时的状态。具体地，A视图为微型机器人静止时的状态，C视图为微型机器人在第二激励频率作用下的运动状态。且图中箭头方向代表了微型机器人的运动方向；
[0023]图4为本发明的微型移动机构的一【具体实施方式】的立体示意图。
[0024]图中相关|吴块与其标号的对应关系如下:
[0025]柔性谐振体-10 ;压电陶瓷-20 ;微足-30 ;连接为一体的柔性谐振体_201。
【具体实施方式】
[0026]本发明实施例提供的微型机器人的技术方案如下:
[0027]—种微型机器人，其包括:柔性谐振体、设置于所述柔性谐振体一侧的压电陶瓷、以及设置于所述柔性谐振体另一侧的位置与所述压电陶瓷相对应的若干微足，所述若干微足以阵列形式排布。
[0028]优选地，所述微足阵列中微足的材质为非金属材质。
[0029]优选地，所述压电陶瓷具有第一激励频率，所述压电陶瓷以所述第一激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第一夹角。
[0030]优选地，所述压电陶瓷具有第二激励频率，所述压电陶瓷以所述第二激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第二夹角。
[0031]本发明实施例提供的微型移动机构的技术方案如下:
[0032]—种微型移动机构，其包括若干微型机器人，所述微型机器人包括:柔性谐振体、设置于所述柔性谐振体一侧的压电陶瓷、以及设置于所述柔性谐振体另一侧的位置与所述压电陶瓷相对应的若干微足，所述若干微足以阵列形式排布，所述若干微型机器人的柔性谐振体连接为一整体。
[0033]优选地，所述柔性谐振体呈一 “回”字型，所述若干微型机器人的压电陶瓷均对称布于所述柔性谐振体的两侧。
[0034]优选地，所述压电陶瓷具有第一激励频率，所述压电陶瓷以所述第一激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第一夹角。
[0035]优选地，所述压电陶瓷具有第二激励频率，所述压电陶瓷以所述第二激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第二夹角。
[0036]优选地，所述微型移动机构还包括电源和控制驱动电路，所述电源为所述压电陶瓷供电。
[0037]优选地，所述微足阵列中微足的材质为非金属材质。
[0038]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0039]如图1所示，本发明的微型机器人100包括柔性谐振体10、设置于上述柔性谐振体10 一侧的压电陶瓷20、以及设置于上述柔性谐振体10另一侧的位置与压电陶瓷20相对应的若干微足30。本发明中的压电陶瓷与微足分离设置，从而微型机器人的结构易于小型化。
[0040]作为一种实施方式，上述若干微足30分为两组，两组微足之间具有一定间距，并相对设置于柔性谐振体10上。相应地，每组微足与一压电陶瓷20相对应。本实施方式中，当上述压电陶瓷20作为激励源带动其一侧的柔性谐振体10进行谐振时，柔性谐振体10在激励的带动下，在其上产生驻波。驻波进一步带动设置于柔性谐振体10另一侧的两组微足敲击接触面，从而微型机器人100发生运动。上述微足敲击接触面时，微足与接触面之间具有一夹角。根据微型机器人运动方向的不同，上述夹角具有不同的角度值。同时，微型机器人应用的场合的不同，接触面可以是人体内的组织表面等。
[0041]优选地，上述微足30以规则的阵列形式排布，如此有利于微足30的运动。同时，微足30的材质为非金属材质，例如光敏树脂、ABS塑料等。如此，当微足与接触面接触时，不会划伤接触面。
[0042]上述压电陶瓷20具体可以是双压电片结构，上述双压电片具体包括两片层状的压电材料、和位于上述两片压电材料之间的金属材料。上述金属材料既作为电极，又同时增加了双压电片的强度。当上述双压电片位于电场中时，其中一片压电材料伸长，另一片压电材料缩短，从而产生弯曲。
[0043]压电陶瓷20还可以是叠堆陶瓷，其中叠堆陶瓷是由若干叠在一起的陶瓷片组成。如此设置，当对叠堆陶瓷施加一电场后，其可相对于单片陶瓷可具有较大的形变量。从而，叠堆陶瓷可输出较大的作用力，其频响高。
[0044]作为一种替代实施方式，压电陶瓷20还可以是陶瓷管，该陶瓷管为呈轴对称的管状结构，其被分成三部分或四部分，当施加一外界的电场后，每一部分会相应地产生空间的弯曲。[0045]下面结合具体的实施例，对本发明的微型机器人的运动过程进行阐述。
[0046]如图2所示，上述压电陶瓷20具有第一激励频率，当压电陶瓷20以上述第一激励频率带动柔性谐振体10谐振时，柔性谐振体10上产生驻波，在驻波的作用下，微足30敲击接触面，并与接触面之间具第一夹角a。此时，微足30位于产生的驻波的相应的波峰位置之后，从而微足向斜后方敲击地面，并相应推动机器人向前运动。需要说明的是，本实施例中上述“斜后方”、“向前”等是以图中箭头所示运动方向为参考标准的，定义图中箭头所示的运动方向为前方，相应地，箭头的反方向为后方。
[0047]如图3所示，改变压电陶瓷20的激励频率，上述压电陶瓷20具有第二激励频率，当压电陶瓷20以上述第二激励频率带动柔性谐振体10谐振时，柔性谐振体10上产生驻波，在驻波的作用下，微足30敲击接触面，并与接触面之间具第二夹角β。此时，微足30位于产生的驻波的相应的波峰位置之前，从而微足向斜前方敲击地面，并相应推动机器人向后运动。本实施例中，定义图中箭头所示的运动方向为后方，相应地，箭头的反方向为前方。
[0048]如图4所示，本发明还提供一种微型移动机构200，该微型移动机构200包括上述若干微型机器人100。作为一种实施方式,上述若干微型机器人100的柔性谐振体10连接为一整体201，且连接为一整体的柔性谐振体201呈一 “回”字型，本实施方式中，若干微型机器人100的压电陶瓷20对称分布于上述柔性谐振体201的两侧，相应地，与压电陶瓷20位置相对应的微足30位于柔性谐振体201的另一侧。
[0049]如上所述，通过对柔性谐振体施加不同的频率的激励，可以实现微型机器人的前进或者后退。因此，在本发明的微型移动机构200的一实施方式中，微型机器人100的压电陶瓷20以第一激励频率带动柔性谐振体201谐振时，微足30与接触面具有第一夹角，此时可实现微型移动机构200的前进；当微型机器人100的压电陶瓷20以第二激励频率带动柔性谐振体201谐振时，微足30与接触面具有第二夹角，此时可实现微型移动机构200的后退。其运动机理已在上文进行了阐述，此处不再重复叙述。
[0050]由于上述微型机器人100对称分布于上述柔性谐振体201的两侧，从而当一侧的微型机器人运动，另一侧的微型机器人静止时，可实现微型移动机构200的转向。为了实现转向功能，微型移动机构还包括电源(未图示)和控制驱动电路(未图示)，其中，电源为压电陶瓷20进行供电，控制驱动电路则用于控制微型机器人的运动状态，其可选择性地控制部分微型机器人运动，而其余的微型机器人保持静止。在其他实施方式中，上述若干微型机器人可以具有不同的排列方式，而不限于对称分布于柔性谐振体的两侧。控制驱动电路配合不同的微型机器人的分布排列方式，可以实现微型移动机构不同的运动方式。
[0051]优选地，本发明的微型移动机构200中的微足30采用非金属材质，例如光敏树脂、ABS塑料等。
[0052]综上所述，本发明的微型机器人结构简单、体积小、能耗低、能量利用率高，且其无电磁干扰、激励频率可调范围大。
[0053]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。[0054]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种微型机器人，其特征在于，所述微型机器人包括:柔性谐振体、设置于所述柔性谐振体一侧的压电陶瓷、以及设置于所述柔性谐振体另一侧的位置与所述压电陶瓷相对应的若干微足，所述若干微足以阵列形式排布， 所述压电陶瓷可带动所述柔性谐振体产生谐振，在谐振条件下，所述柔性谐振体上产生驻波，并使位于其一侧的所述若干微足发生振动，产生驱动所述微型机器人运动的作用力。
2.根据权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，所述微足阵列中微足的材质为非金属材质。
3.根据权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，所述压电陶瓷具有第一激励频率，所述压电陶瓷以所述第一激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第一夹角。
4.根据权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，所述压电陶瓷具有第二激励频率，所述压电陶瓷以所述第二激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第二夹角。
5.一种微型移动机构，其特征在于，所述微型移动机构包括若干微型机器人，所述微型机器人包括:柔性谐振体、设置于所述柔性谐振体一侧的压电陶瓷、以及设置于所述柔性谐振体另一侧的位置与所述压电陶瓷相对应的若干微足，所述若干微足以阵列形式排布，所述若干微型机器人的柔性谐振体连接为一整体。
6.根据权利要求5所述的微型移动机构，其特征在于，所述柔性谐振体呈一“回”字型，所述若干微型机器人的压电陶瓷均对称布于所述柔性谐振体的两侧。
7.根据权利要求5所述的微型移动机构，其特征在于，所述压电陶瓷具有第一激励频率，所述压电陶瓷以所述第一激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第一夹角。
8.根据权利要求5所述的微型移动机构，其特征在于，所述压电陶瓷具有第二激励频率，所述压电陶瓷以所述第二激励频率带动柔性谐振体谐振时，所述微足与接触面之间具有第二夹角。
9.根据权利要求5所述的微型移动机构，其特征在于，所述微型移动机构还包括电源和控制驱动电路，所述电源为所述压电陶瓷供电。
10.根据权利要求5所述的微型移动机构，其特征在于，所述微足阵列中微足的材质为非金属材质。
【文档编号】B25J7/00GK103465250SQ201310412178
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】李伟达, 李娟 , 胡海燕, 刘磊 申请人:苏州大学张家港工业技术研究院