CN105881528A - 电磁驱动连续机器人 - Google Patents

Abstract

一种电磁驱动连续机器人，包含若干机械连接在一起的电磁驱动关节，以及与电磁驱动关节电性连接的电磁驱动控制器和电源，电磁驱动控制器控制电磁驱动关节中的上部电磁作动器和下部电磁作动器的线圈通电产生电磁场，相邻的异性电磁场相吸引，此吸引力克服中部弹簧的排斥力，使得中部弹簧产生弹性形变，达到关节弯曲的目的，电磁驱动控制器协同控制各个电磁驱动关节的弯曲程度，使此电磁驱动连续机器人到达固定指向或者固定位置，完成操作动作。本发明摆脱了传统的电机驱动、机械传动模式，采用电磁驱动模式，体积小，柔性好，灵活度更高，造价更小，反应速度更快，可扩展，易安装。

Description

电磁驱动连续机器人

技术领域

本发明涉及一种电磁驱动连续机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人在各个行业领域的广泛应用，使得人类从各种繁重危险的工作中解脱出来。随着机器人在各个行业应用的深入，对机器人的要求也逐步提高。传统机器人目前一般采用的是电机驱动、机械传动，导致成本较高，体积大、柔性弱、不灵活，无法实现全方位任意自由度的动作。申请号为201410163465.9名称为绳索驱动连续机器人等公开文件中虽然有关连续驱动机器人的报道，但是仍然采用传统的电机驱动，质量体积都较大，严重影响机器人的灵活性。因此改变驱动方式，寻求低成本、新结构的机器人成为当下研究重点。

发明内容

本发明提供一种电磁驱动连续机器人，摆脱了传统的电机驱动、机械传动模式，采用电磁驱动模式，体积小，柔性好，灵活度更高，造价更小，反应速度更快，可扩展，易安装。

为了达到上述目的，本发明提供一种电磁驱动连续机器人，包含若干机械连接在一起的电磁驱动关节，以及与电磁驱动关节电性连接的电磁驱动控制器和电源；

所述的电磁驱动关节包含中部弹簧、以及对称设置在中部弹簧两端的驱动组件；

所述的驱动组件包含电磁关节控制器、以及若干设置在电磁关节控制器上的电磁作动组；

所述的电磁作动组包含上部电磁作动器和下部电磁作动器，位于同一个驱动组件内的上部电磁作动器和下部电磁作动器的电极磁性相反，分别位于相邻驱动组件内的上部电磁作动器和下部电磁作动器的电极磁性相反；

所述的电源电性连接上部电磁作动器和下部电磁作动器，为上部电磁作动器和下部电磁作动器提供电力，所述的电磁驱动控制器电性连接上部电磁作动器和下部电磁作动器，控制上部电磁作动器和下部电磁作动器的线圈通电或断电，线圈通电后在电磁作动器上产生电磁场，相邻的异性电磁场相吸引，此吸引力克服中部弹簧的排斥力，使得中部弹簧产生弹性形变，达到关节弯曲的目的，电磁驱动控制器协同控制各个电磁驱动关节的弯曲程度，使此电磁驱动连续机器人到达固定指向或者固定位置，完成操作动作。

所述的电磁作动组在电磁关节控制器上均匀分布。

位于中部弹簧两端的驱动组件中的电磁作动组的数量相同，且位置对称设置。

所述的中部弹簧内部中空。

所述的中部弹簧采用可更换弹簧，具有不同的刚度。

所述的电磁驱动连续机器人具有两种使用方式，一种是将其一端固定安装在基座上，一种是将其自由放置。

所述的电磁关节控制器电性连接电磁驱动控制器，电磁驱动控制器通过改变电磁关节控制器的控制频率改变电磁驱动关节的动作速度。

所述的电磁驱动关节的数量是可调整的。

本发明摆脱了传统的电机驱动、机械传动模式，采用电磁驱动模式，体积小，柔性好，灵活度更高，造价更小，反应速度更快，可扩展，易安装。

附图说明

图1是本发明提供的一种电磁驱动连续机器人的结构示意图。

图2是本发明提供的一种电磁驱动连续机器人的电磁驱动关节的结构示意图。

图3是本发明提供的一种电磁驱动连续机器人的工作原理示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种电磁驱动连续机器人1，包含若干机械连接在一起的电磁驱动关节2，以及与电磁驱动关节2电性连接的电磁驱动控制器4和电源3。

如图1和图2所示，所述的电磁驱动关节2包含中部弹簧23、以及对称设置在中部弹簧23两端的驱动组件。

所述的驱动组件包含电磁关节控制器24、以及若干设置在电磁关节控制器24上的电磁作动组201，通过改变电磁关节控制器24的控制频率可以改变电磁驱动关节2 的动作速度；所述的电磁作动组201在电磁关节控制器24上均匀分布，位于中部弹簧23两端的驱动组件中的电磁作动组201的数量相同，且位置对称设置。

所述的电磁作动组201包含上部电磁作动器21和下部电磁作动器22，位于同一个驱动组件内的上部电磁作动器21和下部电磁作动器22的电极磁性相反，分别位于相邻驱动组件内的上部电磁作动器21和下部电磁作动器22的电极磁性相反。例如：所有的电磁驱动关节2中，上部电磁作动器21的电极磁性都采用N磁极，下部电磁作动器22的电极磁性都采用S磁极，同一个电磁驱动关节2中，两个驱动组件上的电磁作动组201之间产生相互吸引力。电磁作动器上的电磁铁采用具有磁力强消磁快特点的材料制作。

如图2所示，所述的中部弹簧23内部中空，其腔体内部可以用来安装电源3、电磁驱动控制器4以及搭载的设备（相机、操作工具）等。该中部弹簧23采用成套不同刚度的可更换弹簧，同刚度的弹簧对应不同的负载、力矩，以实现不同任务需求。

所述的电磁驱动控制器4电性连接上部电磁作动器21和下部电磁作动器22，控制上部电磁作动器21和下部电磁作动器22的线圈通电或断电；所述的电磁驱动控制器4同时电性连接电磁关节控制器24，控制电磁关节控制器24的控制频率，从而改变电磁驱动关节2 的动作速度。

所述的电源3电性连接上部电磁作动器21和下部电磁作动器22，为上部电磁作动器21和下部电磁作动器22提供电力。

本发明提供的一种电磁驱动连续机器人1的工作原理如下：

按照具体的任务确定需要使用的电磁驱动关节2的个数，电磁驱动关节2之间采用机械串联方式连接，组成电磁驱动连续机器人1，电磁驱动连续机器人1具有两种使用方式，一种是将其一端固定安装在基座上，一种是将其自由放置。

如图3所示，该电磁驱动连续机器人1的运动过程为，首先根据任务要求规划电磁驱动连续机器人1的各电磁驱动关节2的运动弯曲程度，然后电磁驱动控制器4控制各个电磁驱动关节2中的上部电磁作动器21和下部电磁作动器22的线圈通电，电磁线圈通电后在电磁作动器上产生电磁场，相邻的异性电磁场相吸引产生引力F，此吸引力克服中部弹簧23的排斥力，使得中部弹簧23产生弹性形变，使弹簧弯曲一点角度θ，达到关节弯曲的目的。通过电磁驱动控制器4协同控制各个电磁驱动关节2的弯曲程度，使此电磁驱动连续机器人1到达固定指向或者固定位置，完成检测、抓取等操作。

以下分别介绍两种实施例来说明本发明提供的电磁驱动连续机器人1的两种不同的使用方式。

实施例1，将电磁驱动连续机器人1安装在基座上。

首先，对于此实施例，有两种安装方法。一是采用特定工装将此电磁驱动连续机器人1安装在特定基座上，二是利用电磁驱动连续机器人1末端的电磁作动组201中无对应磁极的一面将其安装在铁性材料上。

然后，对于空间中的某个点，需要按照电磁驱动连续机器人的运动控制算法规划各个驱动关节的弯曲程度，使用电磁驱动控制器4协同控制电磁驱动关节2协同运动跟踪该轨迹达到特定目标位置，实现对该点物体的操作（检测、抓取等）。

实施例2，电磁驱动机器人自由放置。

对于自由放置，具体运动过程如下：该电磁驱动连续机器人1与地面接触，电磁驱动关节2协同运动，以模仿蛇类的运动方式向目标点前进。通过改变控制算法可以实现模拟蛇类的蜿蜒运动、直线运动、收缩运动等运动方式。

本发明与现有技术相比，其优点显著：

1、本发明采用全新的电磁驱动方式，摆脱了传统的电机驱动、机械传动模式，成功克服了现有模式下机器人造价高、体积大、柔性弱、不灵活等缺陷，使得连续机器人的造价更小，使得机器人的发展更具多样化。

2、本发明的电磁驱动方式，相比于电机驱动、机械传动方式，方式反应更快，噪声更小。传统的电机驱动、机械传动方式，驱动关节动作的速度依赖于电机的最大转速且存在上限。与其相比，电磁驱动的方式，是通过电磁场的建立，异性相吸的方式驱动关节运动。因此，可以通过改变电磁关节控制器的控制频率达到改变电磁驱动动作速度，反应速度较传统驱动方式可以大幅提高。

3、本发明中的电磁驱动关节包含成套不同刚度的弹簧，根据任务要求更换，改变了传统机器人在面对任务（负载、力矩等）超出范围的情况下只能更换机器人的局限性。

4、本发明使用了模块化的设计方法，电磁驱动连续机器人的电磁驱动关节的数量并没有具体的限制，可以根据任务要求，选择安装电磁驱动关节的个数，摆脱了目前机器人的臂展长度限制，极大地扩展了机器人的使用范围。

5、本发明扩展了工作模式，可以脱离基座自由放置使用，在使用方法上更进一步与“蛇”类似。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读，上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种电磁驱动连续机器人，其特征在于，包含若干机械连接在一起的电磁驱动关节（2），以及与电磁驱动关节（2）电性连接的电磁驱动控制器（4）和电源（3）；

所述的电磁驱动关节（2）包含中部弹簧（23）、以及对称设置在中部弹簧（23）两端的驱动组件；

所述的驱动组件包含电磁关节控制器（24）、以及若干设置在电磁关节控制器（24）上的电磁作动组（201）；

所述的电磁作动组（201）包含上部电磁作动器（21）和下部电磁作动器（22），位于同一个驱动组件内的上部电磁作动器（21）和下部电磁作动器（22）的电极磁性相反，分别位于相邻驱动组件内的上部电磁作动器（21）和下部电磁作动器（22）的电极磁性相反；

所述的电源（3）电性连接上部电磁作动器（21）和下部电磁作动器（22），为上部电磁作动器（21）和下部电磁作动器（22）提供电力，所述的电磁驱动控制器（4）电性连接上部电磁作动器（21）和下部电磁作动器（22），控制上部电磁作动器（21）和下部电磁作动器（22）的线圈通电或断电，线圈通电后在电磁作动器上产生电磁场，相邻的异性电磁场相吸引，此吸引力克服中部弹簧（23）的排斥力，使得中部弹簧（23）产生弹性形变，达到关节弯曲的目的，电磁驱动控制器（4）协同控制各个电磁驱动关节（2）的弯曲程度，使此电磁驱动连续机器人（1）到达固定指向或者固定位置，完成操作动作。

2.如权利要求1所述的电磁驱动连续机器人，其特征在于，所述的电磁作动组（201）在电磁关节控制器（24）上均匀分布。

3.如权利要求2所述的电磁驱动连续机器人，其特征在于，位于中部弹簧（23）两端的驱动组件中的电磁作动组（201）的数量相同，且位置对称设置。

4.如权利要求1所述的电磁驱动连续机器人，其特征在于，所述的中部弹簧（23）内部中空。

5.如权利要求3或4所述的电磁驱动连续机器人，其特征在于，所述的中部弹簧（23）采用可更换弹簧，具有不同的刚度。

6.如权利要求5所述的电磁驱动连续机器人，其特征在于，所述的电磁驱动连续机器人（1）具有两种使用方式，一种是将其一端固定安装在基座上，一种是将其自由放置。

7.如权利要求6所述的电磁驱动连续机器人，其特征在于，所述的电磁关节控制器（24）电性连接电磁驱动控制器（4），电磁驱动控制器（4）通过改变电磁关节控制器（24）的控制频率改变电磁驱动关节（2）的动作速度。

8.如权利要求7所述的电磁驱动连续机器人，其特征在于，所述的电磁驱动关节（2）的数量是可调整的。