CN105835032B - 一种用于液体中微型机器人的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于微型机器人驱动技术领域，尤其涉及一种用于液体中微型机器人的驱动装置，包括刚性圆道、位于圆管道中间外侧位置的电源装置，电源装置与控制器集成设置，可通过通讯线缆与微型机器人主体相连并通讯，可根据指令调节功率以及在管道两侧端口内侧位置上的电加热器装置，电加热装置的功率可调。本发明的有益效果：通过在圆形管道两侧端口位置上产生的空化泡溃灭时产生的涡流作用推动微型机器人前进，由于整个驱动装置不存在旋转移动部件，从而简化结构、安全可靠、提高效率、降低成本。

Description

一种用于液体中微型机器人的驱动装置

技术领域

本发明属于机器人驱动技术领域，尤其涉及一种用于液体中微型机器人的驱动装置。

背景技术

随着近年来技术的进步，微型机器人在生物医药、工业生产、军事等领域起着越来越重要的作用，而微型机器人的驱动技术成为国内外的研究重点。现有技术中，液体中的微型机器人的驱动技术主要是依靠螺旋(桨)由微电机驱动，这种方式具有结构复杂、制造成本高、不易维修等缺点，并且螺旋桨是旋转部件，对加工制造要求高，并会对周围的液体介质产生剪切作用，影响到介质的表面。

空化是当液体内局部压力降低时，液体内部或液固交界面上蒸汽或气体析出形成空穴(空泡)形成、发展和溃灭的过程。空泡的形成和溃灭会导致液体的流动，液体的流动方向根据限制域的不同，射流方向也会不同。现有技术的热气泡空化发生装置多用在喷墨打印机上，使喷嘴内的液体喷出。空化作用中空泡的溃灭会产生大量的压力，目前还没有利用此种特性驱动微型机器人的装置。

发明内容

为了克服现有微型机器人驱动技术构造复杂、制造成本高、可移动部件维修困难等不足，本发明提供了一种用于液体中微型机器人的驱动装置，制造成本低，驱动过程安全、可靠、高效。

一种用于液体中微型机器人的驱动装置，其特征在于包括管道，所述管道的管口内侧设有加热装置，所述管道外侧设有电源装置、控制器，所述控制器、所述加热装置分别与所述电源装置连接。

所述控制器与通讯线缆连接，并通过所述通讯线缆与机器人主体连接。

所述管道的两端管口内侧均设有所述加热装置，所述加热装置在所述管道两侧端口内侧对称设置。

所述电源装置位于所述管道外侧的中间位置，并分别与两个所述加热装置连接。

所述加热装置的功率可调。

所述加热装置为电加热器。

所述管道为刚性圆形管道。

所述刚性圆形管道的内径在0.1mm-6mm之间，长度为内径的1-10倍，所述刚性圆形管道的壁厚不大于10mm。

本发明的有益效果是：电源装置受控制器的控制，并且用于为电加热器周期性地供电，可使驱动装置实现加速运动或减速运动，电源装置可供给电加热器不同功率、产生不同大小的空泡，进而实现复杂的转弯等动作。电加热器用于将液体变成空化泡，为空化泡的形成、成长和崩溃提供了条件。本发明将空化射流形成的涡流作用在圆管上，推动液体中的微型机器人运动，将有效的减少运动部件，加速运动过程，降低加工成本，提高运行效率，特别适用于管道内的微型机器人的驱动；为液体中微型机器人的驱动方式提供了全新的途径，通过在管口内形成的空化射流、涡流的泵效应推动机器人的前行，省去旋转移动部件，提高运行的可靠性与效率，降低生产与维护成本；本发明的液体中微型机器人的驱动装置可独立运动，也可为微型机器人提供动力，而且结构简单、效果好、制造成本低、方便维护维修、便于小型化、批量化制造，可广泛应用于生物医药、工业生产、军事等领域。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的侧视图，图3为多个本发明组成一个整体的示意图，图4为本发明作为推动装置为其他微型机器人提供动力的示意图。

图中：1为电加热器一，2为刚性圆管，3为电源装置，4为电加热器二，5为控制器，6为通讯电缆，7为其他微型机器人。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种用于液体中微型机器人的驱动装置，其特征在于包括管道，所述管道的管口内侧设有加热装置，所述管道外侧设有电源装置、控制器，所述控制器、所述加热装置分别与所述电源装置连接。

所述控制器与通讯线缆连接，并通过所述通讯线缆与机器人主体连接。

所述管道的两端管口内侧均设有所述加热装置，所述加热装置在所述管道两侧端口内侧对称设置。

所述电源装置位于所述管道外侧的中间位置，并分别与两个所述加热装置连接。

所述加热装置的功率可调。

所述加热装置为电加热器，也可为电加热器以外的其他加热结构，凡是能实现本发明所需空化的结构均可。

所述管道为刚性圆形管道。

所述刚性圆形管道的内径在0.1mm-6mm之间，长度为内径的1-10倍，所述刚性圆形管道的壁厚不大于10mm。

本发明的液体中微型机器人的驱动装置可单独在液体管道内作为一个整体机器人运动，也可多个驱动装置并排紧密环绕通过连接线组装为一个整体运动；也可多个驱动装置与机器人主体通过连接线组装、协同运动。

实施例：

如图1、图2所示，本发明的驱动装置包括刚性圆管2以及安装在刚性圆管2两端管口内侧的电加热器，安装在刚性圆管2中间外侧的电源装置3、控制电源装置3的控制器5，以及用于控制器5与机器人主体相连的通讯线缆6。电加热器通过电线连接到控制器5上，控制器5接线到电源上，并引出通讯线缆6，电源装置3与控制器5集成安装在刚性圆管2中间外侧。

其中电源装置3为电加热器提供能源、受控制器5控制，为了保持整个装置的重心在刚性圆管2中间，并保证驱动装置的平稳性，电源装置3位于刚性圆管2中间外侧位置；

电源装置3可分别为两侧的电加热器单独供电，为前进方向的加热器供电是为了加速运动，为前进反向的加热器供电是为了减速或反向运动。电加热器的功率根据控制器5的命令可调，以便适应不同环境的速度要求。这两个电加热器均位于刚性圆管2的两侧端口内侧，通电的一侧为前进方向。电加热器的大小根据电源装置3的功率与所需要求选择。

控制器5与电源装置3集成设置在刚性管道中间外侧，用以调节电源装置3的供给功率与电加热器功率，控制产生空化泡的大小，从而控制驱动装置前进的速度。

优选地，为了达到空化射流驱动的最佳效果，刚性圆管2的内径保持在0.1mm-6mm之间、壁厚不大于10mm、长度为内径的1-10倍之间。

刚性圆管2的选取原理是根据液体微型机器人的尺寸及行进速度、空化泡产生的大小进行选取，具体的是保证空化泡至少能填充满刚性圆管2的管径，这样能达到较好的驱动效果。

例：刚性圆管2尺寸：内径5mm，外径7mm，长度9.6mm，空泡轴向尺寸：11.7mm。驱动速度达到864mm/s。

例：刚性圆管2尺寸：内径5.9mm，外径10mm，长度11.3mm，空泡轴向尺寸：6mm。驱动速度达到230mm/s。

本发明中，待到驱动装置整体淹没于液体中时，根据控制器5的命令，电源装置3为电加热器供电，产生空化泡，空化泡溃灭后，空化射流在管道内向后流动、整个驱动装置向前移动，待到运动速度下降后，控制器5再次发出命令，电源装置3再次为电加热器供电，如此周期性地供电、产生空化泡、驱动装置前进。

本发明中，刚性圆管2两侧设有两个电加热器，电加热器一1和电加热器二4，电源装置3可分别为两侧的电加热器一1和电加热器二4单独供电，为前进方向的电加热器供电是为了加速运动，为前进反向的电加热器供电是为了减速或反向运动。

本发明中，当多个微型机器人的驱动装置协同工作时，根据控制器5的命令，不同的电源装置3供给电加热器不同功率、产生相应大小的空泡，从而能完成复杂的转弯等动作。

本发明中，当机器人到达目的地时，控制器5命令电源装置3停止供电，或为反向电加热器供电，从而使机器人停止在所需位置。

本发明将空化作用应用在液体中微型机器人的驱动装置中，将空化射流形成的涡流作用在刚性圆管2上，推动液体中的微型机器人运动，将有效的减少运动部件，加速运动过程，降低加工成本，提高运行效率。

本发明的驱动装置不存在运动部件，通过空化射流的泵效应推动机器人前进，特别适用于管道内的微型机器人的驱动。

本发明的实施工作原理及工作过程如下：

电加热器瞬间通电产生高温将液体蒸发形成空化泡，空化泡在管端溃灭形成射流与涡流，射流与涡流共同作用将刚性圆管2推向射流的反方向。空化泡的形成和溃灭会导致液体的流动，液体的流动方向根据限制域的不同，射流方向也会不同，在刚性圆管2内靠近端口位置的空化泡溃灭后的射流会朝向管内侧，在管外侧形成涡流，会对刚性圆管2有相反方向的作用力，从而推动刚性圆管2与射流反向前进。

本发明的用于液体中微型机器人的驱动装置可单独使用运行，将此装置放入液体中，或放入充满液体的管道中，控制器5会根据命令指导微型机器人运动。接通一端管口的电加热器时，能控制驱动装置前进，接通另一端管口的电加热器时，能控制驱动装置反向运动。

本发明的驱动装置可协作运行，将多个此种微型机器人并排环形均布安装，用同一控制器5协调运行，可完成复杂的转弯等动作。如图3所示。

本发明的驱动装置可辅助微型机器人运动，将多个此种微型机器人均布在微型机器人周围，用同一控制器5协调运行，可辅助微型机器人主体到达目的地完成最终工作。用作驱动装置时为其他微型机器人7提供动力，类似于客机的引擎，用螺栓等连接方式将此装置安装在微型机器人的四周对称位置、以便控制速度与方向，如图4所示。

本发明的电源、控制器5与线接头都采用防水设计。

本发明的驱动装置可分别为管口两端的电加热器供电，从而使微型机器人实现前进、后退。由此本发明实现了液体中微型机器人的驱动，简化了装置结构、降低了生产成本、提高了工作寿命、安全、可靠。

以上对本发明的实例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种用于液体中微型机器人的驱动装置，其特征在于包括管道，所述管道的两端管口内侧均设有加热装置；所述管道外侧设有电源装置、控制器，所述控制器、所述加热装置分别与所述电源装置连接；

所述加热装置在所述管道两侧端口内侧对称设置；

所述电源装置位于所述管道外侧的中间位置，并分别与两个所述加热装置连接；

所述加热装置的功率可调；所述管道为刚性圆形管道；

所述刚性圆形管道的内径在0.1mm-6mm之间，长度为内径的1-10倍，所述刚性圆形管道的壁厚不大于10mm；

所述驱动装置单独在液体管道内作为一个整体机器人运动；或多个所述驱动装置并排紧密环绕通过连接线组装为一个整体运动；或多个所述驱动装置与机器人主体通过连接线组装、协同运动。

2.根据权利要求1所述的用于液体中微型机器人的驱动装置，其特征在于所述控制器与通讯线缆连接，并通过所述通讯线缆与机器人主体连接。

3.根据权利要求1所述的用于液体中微型机器人的驱动装置，其特征在于所述加热装置为电加热器。