平面直線兩自由度微移動機器人的製作方法

2023-06-07 14:24:16 1

專利名稱：平面直線兩自由度微移動機器人的製作方法
技術領域：
本發明屬於機器人技術領域，具體說是一種平面直線兩自由度微移動機器人。
在移動機器人技術領域中，微動機器人的研究是當今國際上移動機器人研究中前沿課題之一，例如飛彈光陀螺反射鏡和雷射印表機反射鏡的加工及醫學生物工程中均涉及微操作，因而，其研究與開發得到國際上許多國家的學者及企業界的重視。為實現移動機器人微位移，目前國際學術界主要提出的技術方案為尺蠖驅動法、衝擊驅動法等，並已研究出相應的微動機器人。其中，靜崗大學青山尚之(作者)通過小型同步機械人生產超高精密生產機械系統(小型同走機械群による超精密生產機械システム)，精密工學會志64/6(1998)公開了一種以「尺蠖驅動法」為原理的微型機器人，它由前後兩個電磁吸盤分別連接兩條腿，通過中間壓電晶體作收縮動作，向前行走，運動速度及效率不高。東京大學樋口(作者)衝程驅動機構潤滑面上的移動特性(インパクト驅動機構の潤滑面上じおける移動特性)，精密工學會志61-3(1995)公開了一種以衝擊驅動法為原理的微移動機器人，它是用壓電晶體將一物體與本體連結起來，控制壓電晶體突然收縮，機器人本體便獲得一個慣性力，在此慣性力作用下使機器人本體行走，精度較高，但效率不理想。另外日本熊本縣工業技術中心，各和男(作者)用壓電振動的移動機械及摩擦模式(壓電振動を用じた移動機械とその摩擦モデル)，精密工學會志57/8-1991公開了一種振動法行走微型機器人，原理是當機器人受到一定頻率振動時便向前行走，精度低，運動不易控制。中國專利申請01211843.5公開一種採用碰撞驅動法實現微移動的直線微移動機器人，由並置的兩個電磁鐵和移動本體構成，小巧靈活，精度高，效率高，實現了X或Y單方向前進微移動動作，但它沒有考慮到讓機器人工作在有角度直線移動的場合，如60°變向直線移動、六邊形操作等。
本發明的目的在於提供一種適於變向直線移動的、成本低、精度高的平面直線兩自由度微移動機器人。
本發明的技術方案是由三個電磁鐵A、B、C、移動本體、驅動體組成，所述三個電磁鐵A、B、C的軸線互成120度放置，其外殼與移動本體固連在一起，套有彈簧的驅動體分別安裝在電磁鐵A、B、C的電磁線圈裡，在將電磁鐵A、B、C與移動本體固連時，使彈簧產生一定壓縮量，保證驅動體在彈簧單獨作用下，始終與移動本體接觸；在移動本體的底面，安裝有高精度鋼球，安裝時三個電磁鐵A、B、C的軸線所構成的平面與鋼球的頂點構成的平面保持平行；所述驅動體為銜鐵。
本發明具有如下優點1.由於利用碰撞驅動原理，在結構設置上電磁鐵軸線互成120°，因而易於實現直線微動，且微動範圍不受限制，所以適於變向直線移動使用(特別是60°變向直線移動)。
2.由於採用「碰撞驅動法」和電磁鐵作為驅動元件，使得微動機器人整體結構簡單緊湊，易製作，運動精度高，整體製作成本低。


圖1為本發明結構主視圖。
圖2為本發明結構俯視圖。
下面結合附圖對本發明結構及原理作進一步詳細說明。
本發明的構成如圖1、2所示，由三個電磁鐵A1、B2、C3、移動本體4、驅動體7組成，所述三個電磁鐵A1、B2、C3的軸線互成120度放置，其外殼與移動本體4固連在一起，套有彈簧8的驅動體7分別安裝在電磁鐵A1、B2、C3的電磁線圈6裡，在將電磁鐵A1、B2、C3與移動本體4固連時，使彈簧8產生一定壓縮量，保證驅動體7在彈簧8單獨作用下(電磁線圈6不通電)，始終與移動本體4接觸。
在移動本體4的底面，安裝有三個高精度鋼球5，安裝時三個電磁鐵A1、B2、C3的軸線所構成的平面與三個鋼球5的頂點構成的平面保持平行；所述驅動體7為銜鐵。
本發明在中科院先進位造技術基地課題實驗中，經測試，其最小位移為0.8μm。
本發明微移動工作原理如下電磁鐵A1、電磁鐵B2、電磁鐵C3中任何一個通電後，產生的電磁力便作用在驅動體7(銜鐵)上，驅動體7在這個力的作用下，以一定速度被吸向電磁線圈6，直到碰撞到電磁線圈6為止，同時壓縮彈簧8；當斷掉電磁線圈6的電後，驅動體7便在彈簧8力的作用下，以一定速度向移動本體4移動，最終碰撞到移動本體4上。根據「碰撞驅動法」原理，驅動體7碰撞電磁線圈6和移動本體4後，分別使移動本體4產生相應的微小位移，由於二者方向相反，故二者之差即是本發明機器人最終的微小位移，這個微小位移是沿電磁鐵A1、電磁鐵B2、電磁鐵C3的軸線移動本體4一方。若電磁鐵A1、電磁鐵B2同時控制通斷電，則本發明機器人移動方向與電磁鐵C3通斷電產生的運動方向相反；同理電磁鐵B2、電磁鐵C3同時通斷電控制，本發明機器人運動方向與電磁鐵A1通斷電產生運動的方向相反；電磁鐵C3和電磁鐵A1同時通斷電控制，本發明機器人運動方向與電磁鐵B2通斷電產生運動的方向相反。據此便可控制本發明機器人耦合實現平面X、Y直線兩自由度微移動。
本發明所基於的碰撞驅動思想，也就是根據動量守恆和功能守恆原理，其運動方程為S=(m1m1+m2)2xgf[a1(e1+1)2-a2(e2+1)2]]]>式中S為移動本體4移動位移，x為驅動體7位移；m1為驅動體7質量；m1+m2為移動本體4質量；a1、a2為驅動體7加速度；e1、e2為材料恢復係數；f為摩擦係數；g為重力加速度。本發明是屬於「碰撞驅動法」驅動的平面直線兩自由度微動機器人。
權利要求
1.一種平面直線兩自由度微移動機器人，其特徵在於由三個電磁鐵A、B、C(1、2、3)、移動本體(4)、驅動體(7)組成，所述三個電磁鐵A、B、C(1、2、3)的軸線互成120度放置，其外殼與移動本體(4)固連在一起，套有彈簧(8)的驅動體(7)分別安裝在電磁鐵A、B、C(1、2、3)的電磁線圈(6)裡，在將電磁鐵A、B、C(1、2、3)與移動本體(4)固連時，使彈簧(8)產生一定壓縮量，保證驅動體(7)在彈簧(8)單獨作用下，始終與移動本體(4)接觸。
2.按照權利要求1所述平面直線兩自由度微移動機器人，其特徵在於在移動本體(4)的底面，安裝有高精度鋼球(5)，安裝時三個電磁鐵A、B、C(1、2、3)的軸線所構成的平面與鋼球(5)的頂點構成的平面保持平行。
3.按照權利要求1所述平面直線兩自由度微移動機器人，其特徵在於所述驅動體(7)為銜鐵。
全文摘要
本發明涉及機器人技術領域,具體說是一種平面直線兩自由度微移動機器人。由三個電磁鐵A、B、C、移動本體、驅動體組成,所述三個電磁鐵A、B、C的軸線互成120度放置,其外殼與移動本體固連在一起,套有彈簧的驅動體分別安裝在電磁鐵A、B、C的電磁線圈裡,在將電磁鐵A、B、C與移動本體固連時,使彈簧產生一定壓縮量,保證驅動體在彈簧單獨作用下,始終與移動本體接觸。它能變向直線移動、成本低、精度高。
文檔編號B25J11/00GK1380163SQ0111383
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月11日 優先權日2001年4月11日
發明者李小凡, 姚辰, 王 忠, 原培章 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所