CN105030298A - 微型无缆游动机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型无缆游动机器人，包括头部、机身和尾鳍，所述头部设置在机身的一端，所述机身的另一端与所述尾鳍的一端固定连接，其特征是，所述头部和所述机身内部均为空心结构，所述机身内设置有对称分布的压电陶瓷堆叠、微位移放大机构和由超磁致伸缩薄膜双曲片制成的侧鳍，所述头部内安装有射频收发器，所述机身下部内安装有驱动电源。本发明能够使微型游动机器人依靠外部磁场实现做功最大的主运动，依靠低功耗的驱动装置实现转向运动，结构简单，续航时间长，具有很好的实用价值。

Description

微型无缆游动机器人
【技术领域】
本发明涉及微型机器人的技术领域，特别是微型无缆游动机器人的技术领域。
【背景技术】
微型游动机器人目前是世界范围内的一个研究热点，主要的潜在应用领用如清理血栓的血管机器人得到了长足的发展进步，应用于血管的微型游动机器人因工作环境的特殊性，通常不具有与体外控制器或电源连接的电缆线，所以为无缆机器人；无缆机器人的能量供应方式分为内置电源式和。
中国专利(申请号：03129612.2)提出了一种仿蝌蚪的螺旋式微型机器人，组成部分包括头部、机身、尾部、微电机、尾部摆动机构、头部转动机构、头部沉浮控制器、微摄影系统和射频收发器，头部和机身之间采用毡圈密封，摆杆与机身之间采用具有生物兼容性的高弹性膜连为一体，尾部与摆杆固定连接，机器人的动作由体外遥控器通过射频收发器控制，这种微型机器人能够实现前进、后退和位置微调等方向控制，但是这种微型机器人的结构并不简洁，而且由于内置电源需要对多个器件进行供电，所以续航时间短。
超磁致伸缩材料是一种功能材料(GiantMagnetostrictiveMaterials,简称GMM)，具有磁致伸缩效应，即对GMM施加极化方向的变化磁场时，GMM本身会在极化方向上产生伸缩振动，利用这种材料制成的双曲片状结构当一端固定时，可在另一个自由端产生弯曲，利用这一原理作为微型游动机器人的驱动器，可以实现无缆、无内置电源驱动，但是目前还未发现具有实用价值的相关机器人信息报道，现在亟需对采用GMM的具有实用价值的微型游动机器人进行开发设计。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有血管机器人需依靠内置电源对驱动系统进行供电造成的机器人续航时间短的问题，提出一种采用GMM作为驱动材料而无需内置电源对驱动系统进行能量供应的微型游动机器人，能够使微型游动机器人依靠外部磁场实现做功最大的主运动，依靠低功耗的驱动装置实现转向运动，结构简单，续航时间长，具有很好的实用价值。
为实现上述目的，本发明提出了一种微型无缆游动机器人，包括头部、机身和尾鳍，所述头部设置在机身的一端，所述机身的另一端与所述尾鳍的一端固定连接，其特征是，所述头部和所述机身内部均为空心结构，所述机身内设置有对称分布的压电陶瓷堆叠、微位移放大机构和由超磁致伸缩薄膜双曲片制成的侧鳍，所述机身内的对称中心线处设置有一个垂直于机身底面的固定板，对称的压电陶瓷堆叠分别固定在所述固定板的两侧，所述微位移放大机构的一端固定在所述压电陶瓷堆叠的端部，所述微位移放大机构的另一端固定连接着所述侧鳍的一端，所述侧鳍的另一端穿过设置在机身侧面的侧鳍槽并伸出到机身外部，所述侧鳍具有一个钝角折弯结构，所述侧鳍通过钝角折弯结构与所述机身的内部铰连接；所述头部内安装有射频收发器，所述机身下部内安装有驱动电源。
作为优选，所述头部、机身和侧鳍均采用EVA树脂材料。
作为优选，所述机身两侧的侧鳍槽处通过设置折页窗对机身进行密封，所述折页窗上设置有一个与所述侧鳍的纵向截面的形状和尺寸相同的配合孔，所述侧鳍穿过所述配合孔。
作为优选，制作尾鳍的超磁致伸缩薄膜双曲片由粘连在一起的两片极化方向相反的超磁致伸缩薄膜片组成。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过采用超磁致伸缩薄膜片作为游动机器人的尾鳍，使游动机器人内做功最大的动力推进部件得能量供应源变为流动管路外部的磁场，从而减轻了机器人内部的电源负载压力；
(2)通过在机器人的机身两侧设置由压电陶瓷堆叠驱动的侧鳍，可以方便地对机器人的游动方向进行调整，同时由于压电陶瓷的电容特性，当驱动电源向压电陶瓷堆叠供电时，长时间保持侧鳍的一个固定位姿因压电陶瓷内无电流通过而消耗能量极低，这进一步为内置的驱动电源减轻了负载压力，提高了续航时间。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明微型无缆游动机器人内部的结构示意图。
图2是本发明中折页窗的结构示意图。
图中：1-头部、2-机身、3-尾鳍、4-射频收发器、5-压电陶瓷堆叠、6-微位移放大机构、7-侧鳍、8-驱动电源、9-固定板、10-折页窗、11-侧鳍槽。
【具体实施方式】
参阅图1和图2，本发明微型无缆游动机器人，包括头部1、机身2和尾鳍3，所述头部1设置在机身2的一端，所述机身2的另一端与所述尾鳍3的一端固定连接，其特征是，所述头部1和所述机身2内部均为空心结构，所述机身1内设置有对称分布的压电陶瓷堆叠5、微位移放大机构6和由超磁致伸缩薄膜双曲片制成的侧鳍7，所述机身2内的对称中心线处设置有一个垂直于机身2底面的固定板9，对称的压电陶瓷堆叠5分别固定在所述固定板9的两侧，所述微位移放大机构6的一端固定在所述压电陶瓷堆叠5的端部，所述微位移放大机构6的另一端固定连接着所述侧鳍7的一端，所述侧鳍7的另一端穿过设置在机身2侧面的侧鳍槽21并伸出到机身2外部，所述侧鳍7具有一个钝角折弯结构，所述侧鳍7通过钝角折弯结构与所述机身2的内部铰连接；所述头部1内安装有射频收发器4，所述机身2下部内安装有驱动电源8。
所述头部1、机身2和侧鳍7均采用EVA树脂材料。
所述机身2两侧的侧鳍槽21处通过设置折页窗10对机身2进行密封，所述折页窗10上设置有一个与所述侧鳍7的纵向截面的形状和尺寸相同的配合孔11，所述侧鳍7穿过所述配合孔11。
制作尾鳍3的超磁致伸缩薄膜双曲片由粘连在一起的两片极化方向相反的超磁致伸缩薄膜片组成。
本发明工作过程：
本发明微型无缆游动机器人在工作过程中，机器人的前进运动作为主运动，通过尾鳍3的摆动来实现，尾鳍3的摆动是通过外部的变化磁场进行驱动的，变化磁场的变化频率影响机器人的前进速度；机器人的转向动作依靠左右两个侧鳍7的收放进行调控，当驱动电源8对压电陶瓷堆叠5施加一个驱动电压时，压电陶瓷堆叠5产生伸缩，伸缩量经微位移放大机构6放大后，相应的侧鳍7便可以进行转动收放，改变机身2外侧的侧鳍7面积，以产生不同的阻力，从而改变机身2的方向；驱动电源8的工作状态通过射频收发器4接收外部控制信号进行相应的操作，整个机器人与外界无电缆线连接。
本发明通过采用超磁致伸缩薄膜片作为游动机器人的尾鳍，使游动机器人内做功最大的动力推进部件得能量供应源变为流动管路外部的磁场，从而减轻了机器人内部的电源负载压力；通过在机器人的机身两侧设置由压电陶瓷堆叠驱动的侧鳍，可以方便地对机器人的游动方向进行调整，同时由于压电陶瓷的电容特性，当驱动电源向压电陶瓷堆叠供电时，长时间保持侧鳍的一个固定位姿因压电陶瓷内无电流通过而消耗能量极低，这进一步为内置的驱动电源减轻了负载压力，提高了续航时间。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种微型无缆游动机器人，其特征在于：包括头部(1)、机身(2)和尾鳍(3)，所述头部(1)设置在机身(2)的一端，所述机身(2)的另一端与所述尾鳍(3)的一端固定连接，其特征是，所述头部(1)和所述机身(2)内部均为空心结构，所述机身(1)内设置有对称分布的压电陶瓷堆叠(5)、微位移放大机构(6)和由超磁致伸缩薄膜双曲片制成的侧鳍(7)，所述机身(2)内的对称中心线处设置有一个垂直于机身(2)底面的固定板(9)，对称的压电陶瓷堆叠(5)分别固定在所述固定板(9)的两侧，所述微位移放大机构(6)的一端固定在所述压电陶瓷堆叠(5)的端部，所述微位移放大机构(6)的另一端固定连接着所述侧鳍(7)的一端，所述侧鳍(7)的另一端穿过设置在机身(2)侧面的侧鳍槽(21)并伸出到机身(2)外部，所述侧鳍(7)具有一个钝角折弯结构，所述侧鳍(7)通过钝角折弯结构与所述机身(2)的内部铰连接；所述头部(1)内安装有射频收发器(4)，所述机身(2)下部内安装有驱动电源(8)。
2.如权利要求1所述的微型无缆游动机器人，其特征在于：所述头部(1)、机身(2)和侧鳍(7)均采用EVA树脂材料。
3.如权利要求1所述的微型无缆游动机器人，其特征在于：所述机身(2)两侧的侧鳍槽(21)处通过设置折页窗(10)对机身(2)进行密封，所述折页窗(10)上设置有一个与所述侧鳍(7)的纵向截面的形状和尺寸相同的配合孔(11)，所述侧鳍(7)穿过所述配合孔(11)。
4.如权利要求1所述的微型无缆游动机器人，其特征在于：所述尾鳍(3)的超磁致伸缩薄膜双曲片由粘连在一起的两片极化方向相反的超磁致伸缩薄膜片组成。
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