[发明专利]一种尺蠖式微动步行机器人

说明书

本发明公开了一种尺蠖式微动步行机器人，该机器人由2个箝位单元、1个驱动单元组成，其中驱动单元由2个对称布置的驱动支链和2对直角型柔性铰链组成，驱动支链由2个杠杆结构组成，驱动单元与2个箝位单元之间采用螺栓连接，驱动单元相对于箝位单元能作往复微位移运动；箝位单元由2个对称布置的驱动支链和2对直角型柔性铰链和底板组成，2个箝位单元通过螺栓孔对称连接于驱动单元两端。采用驱动箝位单元一端并固定其底座，驱动结构进行伸长并带动另一箝位单元作直线运动的运动形式仿生尺蠖运动规律。本发明采用三个压电叠堆，利用箝位单元与地面的摩擦效应实现箝位，可将压电叠堆作用位移转化为有效驱动位移。

技术领域

本发明涉及一种尺蠖式微动步行机器人，属于精密微操作领域，主要应用于精密工程、微机电系统(MEMS)、微电子工程、生物工程、机器人等高尖端科学技术领域。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)技术、微/纳米技术及机器人等领域的迅速发展，传统的微动机器人受其工作原理和机械结构限制已无法满足超精密和高精度定位的要求，迫切需要微米级、纳米级精度的超精密微动机器人实现其功能。尺蠖式步行机器人是模仿自然界生物尺蠖的运动规律能实现微位移累加以获得大行程的机器人。但是，目前步行机器人还存在运行速度低、承受负载小、运动稳定性差等问题。

可移动的微小型机器人具有高度的灵活性和机动性，不论在有限的空间内移动，还是重新将其排布在特定位置上进行操作，微小型机器人它具备尺寸小，自由度多和工作范围大等特点，它能够完成很多的工作。面向微操作作业的微小型机器人作为一类特殊的机器人，近十年以来的发展是十分迅猛，微小型移动机器人作为具有体积小且运动分辨力高等特点的微操作执行单元，相比传统的微操作设备，有体积小、通用性较高、系统自由度柔性高等特点。

柔顺机构是采用柔性构件的弹性变形传递和转换运动、力或能量的一种新型结构，柔顺机构具有免摩擦、免润滑、整体化制造、运动灵敏度高等优点，柔顺机构的这些优点使得其可用于尺蠖式微动机器人的结构设计。压电陶瓷致动器具有稳定性好、响应快、输出力大和定位精确等特点，适宜于作为尺蠖式机器人驱动机构的致动器，能满足微动机器人所需的输出力、响应速度和精密性的工作要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尺蠖式微动步行机器人，所设计的微动步行机器人具有驱动分辨率高、结构紧凑、承受负载大、可双向运动等优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明设计的微动步行机器人由包括驱动单元、2个箝位单元组成，其中驱动单元由2个对称布置的驱动支链和2对直角柔性铰链组成，驱动支链由1个对称布置的杠杆结构组成，驱动单元与2个箝位单元对称连接，微动步行机器人设计原理如图5所示，箝位单元43和箝位单元45分别位于驱动单元44前后两端。

所述结构模仿尺蠖运动规律的工作过程如下：图1(a)表示微动步行机器人处于不工作状态；图1(b)表示足1处于工作状态，抬起整个机器人；图1(c)表示足1和驱动单元2处于工作状态，足2向前迈步；图1(d)表示足3处于工作状态，足1与足2着地；图1(e)表示足1处于不工作状态，足1抬起；图1(f)表示驱动单元2处于不工作状态，该单元收缩带动足1向右迈步。重复该循环，可实现微动机器人连续向右运动，改变足1和足3的驱动顺序，可实现微动步行机器人的反向运动。