微型游泳机器人的推进装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微型机器人领域，具体涉及微型游泳机器人的推进装置。
【背景技术】
[0002] 泳动微型机器人由于可以在人体组织液或血液中游动而相对较少机会造成对人 体组织的损害而成为医疗机器人中一种较好的选择。
[0003] 最近几年，科学家也根据需求，设计出了具有潜在实用价值的微型泳动机器人方 案。但在进入实际应用以前，还有很多关键的技术问题需要解决，如何设计才能让泳动机器 人达到较高的游泳速度是需要解决的难题之一。
[0004] Gabor等人提出了一种带三片扩展翼的泳动机器人方案。这种机器人的每一片扩 展翼上有三个自由度，由此产生一种波形的推进效果。但是主要缺点如下：结构复杂，此技 术基于平摆波推进技术，设计了三个扩展翼，大大增加了系统的复杂性，同时系统运行空间 要求较高。速度缓慢，平摆波推进技术导致系统运动速度缓慢；同时推进系统相对整个系统 过小，无法产生足够的推力以提高速度。鲁棒性低，三个扩展翼任何一个受到损坏，整个系 统平衡性受损会导致系统无法运行。
[0005] 国内学者chen等提出一种并行四螺旋的技术方案。此方案用四个不同电机带动 的螺旋结构推进装置，前后各两个以产生推力和拉力来带动系统。中间的主体部分设计成 胶囊形状。
[0006] 该结构的缺点是，推进速度慢，推进速度峰值约为40微米/秒。结构复杂，此系统 需要四个电机及微控制器，机械部分和控制逻辑都相当复杂。稳定性较差，此系统运行时会 产生无法避免的抖动，严重影响系统的稳定性。
【发明内容】
[0007] 针对上述技术问题，本发明提供一种推进速度快、结构简单、稳定性高的微型游泳 机器人的推进装置，具体的技术方案为：
[0008] 微型游泳机器人的推进装置，包括椭球体形状的头部、连接部分和尾部；
[0009] 头部内安装微型电机、能源装置、微型控制器、传感器；
[0010] 头部椭球体形状的几何形状由以下方程表示：
[0012] 其中，a#ayz是椭球体的轴的长度。
[0013] 头部和尾部通过连接部分连接；连接部分包括两个圆锥螺旋线，两个圆锥螺旋线 的中心线重合交叉组成圆锥双螺旋结构，连接部分的小端半径为R 1，连接头部内的微型电 机，大端连接尾部；中心线由以下方程表示：
[0015] 尾部包括两个螺旋线，两个螺旋线的中心线重合交叉组成圆柱双螺旋结构；中心 线由以下方程表示：
[0018] 其中，Rf为螺旋振幅，a为螺旋波长，L?为螺旋的曲线总长度。
[0019] 本发明提供的微型游泳机器人的推进装置，极大的提升了微型机器人的游动速 度，根据ANSYSFluent仿真软件的结果，此系统的稳定速度达到约395微米/秒，这个速度 快于现有技术的低雷诺系数流体中螺旋推进器最大速度40微米/秒。在相同的扭力作用 下，双螺旋结构会有更大的运转效率。该结构简洁紧凑，制造难度较低，要求的运行空间较 小，受到冲击的可能性也较小，系统结构稳定，头部内的核心部件受到较好的保护，因此在 受到环境变化冲击时具有较高的鲁棒性及适应能力，头部预留了较多空间，有利于扩展更 多功能。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的结构示意图；
[0021] 图2是本发明的头部结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 结合【附图说明】本发明的具体技术方案。如图1所示，微型游泳机器人的推进装置， 包括椭球体形状的头部1、连接部分2和尾部3 ;
[0023] 如图2所示，头部1内安装微型电机14、能源装置11、微型控制器12、传感器13 ;
[0024] 头部1椭球体形状的几何形状由以下方程表示：
[0026] 其中，a# a yz是椭球体的轴的长度；
[0027] 头部1和尾部3通过连接部分2连接；连接部分2包括两个圆锥螺旋线，两个圆锥 螺旋线的中心线重合交叉组成圆锥双螺旋结构，连接部分2的小端半径为R 1，连接头部1内 的微型电机14,大端连接尾部3 ;中心线由以下方程表示：
[0029] 尾部3包括两个螺旋线，两个螺旋线的中心线重合交叉组成圆柱双螺旋结构；中 心线由以下方程表示：
[0032] 其中，Rf为螺旋振幅，a为螺旋波长，L ?为螺旋的曲线总长度。
[0033] 本实施例的微型游泳机器人的推进装置，具体参数为：
[0034] 椭球体形状的头部1，头部长度：X = 2. 5 y m，头部直径：Y = Z = 1. 25 y m ;
[0035] 圆锥双螺旋结构的连接部2，振幅：00? 625 y m，长度：1 ? 8 y m，螺旋管半径： 0.1 y m ；
[0036] 圆柱双螺旋结构的尾部3，螺旋振幅（2R) amp I itude: 1 ? 3ym，螺旋间距p itch: 2. 4 y m，螺旋长度length:9. 6 y m ;
[0037] 流体密度 P :0? 998203g/cm3，粘度 n :1. 0087X 10 3Pa ? s，时间步长： 2. 4X 10 7sec ；
[0038] 电机转速：200rps，头部转速：50rps;
[0039] 尾部质量：9. 5 X 10 2pN，头部质量：12 X 10 2pN。
【主权项】
1. 微型游泳机器人的推进装置，其特征在于：包括楠球体形状的头部、连接部分和尾 部；头部内安装微型电机、能源装置、微型控制器、传感器；头部和尾部通过连接部分连接； 连接部分包括两个圆锥螺旋线，两个圆锥螺旋线的中屯、线重合交叉组成圆锥双螺旋结构， 连接部分的小端连接头部内的微型电机，大端连接尾部；尾部包括两个螺旋线，两个螺旋线 的中屯、线重合交叉组成圆柱双螺旋结构。2. 根据权利要求1所述的微型游泳机器人的推进装置，其特征在于：所述的头部楠球 体形状的几何形状由W下方程表示：其中，ax与ay,是楠球体的轴的长度。3. 根据权利要求1所述的微型游泳机器人的推进装置，其特征在于：所述的连接部分 的小端半径为大端连接尾部，中屯、线由W下方程表示：V.4. 根据权利要求1所述的微型游泳机器人的推进装置，其特征在于：所述的尾部的两 个螺旋的中屯、线由W下方程表示：其中，Rp为螺旋振幅，a为螺旋波长，Lp为螺旋的曲线总长度。
【专利摘要】本发明涉及微型机器人领域，具体涉及微型游泳机器人的推进装置，包括椭球体形状的头部、连接部分和尾部；头部内安装微型电机、能源装置、微型控制器、传感器；头部和尾部通过连接部分连接；连接部分包括两个圆锥螺旋线，两个圆锥螺旋线的中心线重合交叉组成圆锥双螺旋结构，连接部分的小端连接头部内的微型电机，大端连接尾部；尾部包括两个螺旋线，两个螺旋线的中心线重合交叉组成圆柱双螺旋结构。本发明提供的微型游泳机器人的推进装置，极大的提升了微型机器人的游动速度，结构简洁紧凑，制造难度较低，要求的运行空间较小，系统结构稳定，具有较高的鲁棒性及适应能力。
【IPC分类】A61B19/00
【公开号】CN105193507
【申请号】CN201510658779
【发明人】袁飞, 袁翱, 易发胜, 范晔宇, 汪海鹰
【申请人】成都大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月13日