[发明专利]基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构及机器人结构

说明书

技术领域

本发明涉及微型机器人技术领域，尤其涉及一种基于毛刺摩擦非对称性的微小型谐振驱动机构及机器人结构。

背景技术

近十几年来，随着机器人和微加工技术的迅速发展，微型机器人技术已经应用到机械、化学和医学临床诊断等诸多领域。管内移动微型机器人是微型机器人领域的一个重要的应用方向，可广泛应用于电力、化工、供暖、生物医学等行业中的细小孔径管道（或腔道）的检测和信息采集，所以日益受到研究者的关注。

目前，在各类学术期刊上已经报道了多种微型机器人，绝大多数是采用轮式、履带式或关节伸缩蠕动等驱动方式。目前研究的主流驱动方式是轮式驱动，但是因为驱动轮和传动机构的尺寸无法做到真正的微型化，从而影响了其在微小环境中的应用，所以驱动机构的微型化问题是微型机器人领域的一大难题。

现有技术中一件申请号为201210023195.2，申请日为2012年2月2日的专利申请揭示了一种纤毛振动驱动的微型机器人，该微型机器人采用三层平面结构，设计了两组数量不同，直径不同、且倾角对称、总水平截面积相等，垂直高度相等的纤毛驱动腿，采用电动机加偏心转子作为振动激励源，当振动频率接近纤毛驱动腿的固有频率时，通过纤毛驱动腿的摆动驱动微型机器人运动。

现有技术中另一件申请号为201110086875.4，申请日为2011年4月7日的专利申请揭示了一种管道机器人，该专利申请采用圆柱面内分布的单向类金属毛刺作为驱动足，机器人体内的微型电机带动偏心轮转动产生振动，通过毛刺与管壁的非对称碰撞和摩擦使机器人向前运动。

现有技术中另一件专利号为ZL200910071548.4的专利揭示了一种谐振式微小型机器人移动机构，该专利在柔性足本体上粘贴双压电膜，通过压电膜激励柔性足产生谐振，利用足端敲击地面驱动机器人运动。虽然该谐振式微小型机器人移动机构采用双压电膜驱动，但压电膜和柔性足连接在一起，结构较复杂。

以上描述的现有技术中的驱动机构大多采用振动电机作为激励源，但是振动电机存在电磁干扰，能耗高，易发热，频率范围小、转速调节困难。同时，现有机器人大多采用金属类柔性足和毛刺，对接触面容易造成一定的损伤。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构及机器人结构，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无电磁干扰、结构简单且运动效率高的基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构及机器人结构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构，应用于微型机器人，所述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构包括压电振子以及若干毛刺，所述压电振子包括压电陶瓷和用来调节压电振子谐振频率的质量块，所述压电陶瓷在正弦波激励下由于材料的逆压电效应产生振动，振动方向与机器人运动方向重合。

优选的，在上述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构中，所述若干毛刺采用单向排布。

优选的，在上述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构中，所述每一毛刺的排布方向与水平面方向相互垂直。

优选的，在上述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构中，所述每一毛刺的排布方向与水平面方向之间的夹角大于0度且小于90度。

优选的，在上述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构中，所述若干毛刺相互平行。

优选的，在上述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构中，所述若干毛刺分布在同一平面内。

优选的，在上述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构中，所述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构采用非金属材质制作。

优选的，在上述基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构中，所述压电振子与若干毛刺为分离式结构，所述压电振子与若干毛刺之间设有支撑结构。

一种机器人结构，其包括机器人本体及柔性纤维足，所述机器人结构具有上述的基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构。

优选的，在上述机器人结构中，所述压电振子与若干毛刺为分离式结构，所述压电振子与若干毛刺之间设有支撑结构，所述机器人本体、柔性纤维足和支撑结构为一体式结构。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例的基于毛刺摩擦非对称性的谐振驱动机构及机器人结构采用压电陶瓷作为振动源，和现有技术中采用振动电机作为振动源相比，没有轴承等零部件，整个谐振驱动机构无电磁干扰、结构简单且运动效率高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：