CN107116544B - 集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人 - Google Patents

集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN107116544B
CN107116544B CN201710327510.3A CN201710327510A CN107116544B CN 107116544 B CN107116544 B CN 107116544B CN 201710327510 A CN201710327510 A CN 201710327510A CN 107116544 B CN107116544 B CN 107116544B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnet
alnico
motor
magnetic field
magnets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710327510.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107116544A (zh
Inventor
朱利
迪迪埃埃尔巴兹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201710327510.3A priority Critical patent/CN107116544B/zh
Publication of CN107116544A publication Critical patent/CN107116544A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107116544B publication Critical patent/CN107116544B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Linear Motors (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Abstract

本发明公开了一种集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人。其特点在于本发明的电机同时具备了连接功能和运动功能，原本模块化机器人系统中同时需要运动系统和连接系统两套功能系统，采用本发明只需要一套系统就可以实现全部功能。本发明的电机非常节能，依靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场来实现连接；当运动时，本发明的电机每次移动的时候只需要提供一个能耗很小的脉冲电流，改变铝镍钴合金磁铁的磁场方向，依靠磁场力的作用运动。本发明的模块化机器人，可组成一个完整的模块化机器人平台，用于搭载其它传感器或者执行器完成特定任务。同时，由于其制作简单，也可以用于研究模块化机器人的相关运动和控制算法。

Description

集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人
技术领域
本发明涉及机器人的电机驱动领域，尤其是一种可用于模块化机器人的同时具备连接和运动功能的新型电控永磁电机。
背景技术
模块化机器人是一种可根据不同的任务或者不同的工作环境改变自身构型的机器人，它由多个独立的具有一定运动和感知能力的基本模块组成，可以通过模块之间的连接和断开操作实现构型的改变，从而适应不同的任务需求或者是完成特定的运动。连接能力和运动能力是基本模块的最重要的两个功能，而且它们往往是单独存在的，通过不同的部件去实现。模块化机器人连接系统和运动系统的小型化、节能化以及简单化一直是这个领域研究的重点。
现有技术中，模块化机器人之间的可控连接方式主要有电磁铁和机械锁。但是这两种连接方式都存在各自的缺陷，比如电磁铁需要连续的供电，对能量要求极高。机械锁结构复杂，制造成本高，且响应速度较慢。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种同时具备连接功能和运动功能的新型电控永磁电机及其应用的模块化机器人。其特点在于，由多个被线圈缠绕的镍钴合金磁铁、钕铁硼合金磁铁和脉冲控制电路组成。通过控制脉冲电流的方向改变镍钴合金磁铁的磁场方向，让镍钴合金磁铁与钕铁硼合金磁铁形成吸力或者磁力来实现连接或者运动功能。当用于连接时，是通过磁铁的“异性相吸”原理，靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场所产生的吸力来实现连接功能，不需要额外的能量供应；当用于运动时，只需要一个能耗很小的脉冲电流，改变铝镍钴合金磁铁的磁场方向，通过磁铁的“同性相斥”原理，靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场所产生的吸力来实现运动功能。
为了实现上述目的，本发明提供一下技术方案：
根据本发明的第一个方面，提供了一种集连接和运动功能的电机，包括铝镍钴合金磁铁，钕铁硼合金磁铁，铜线圈，脉冲控制电路。
所述的铝镍钴合金磁铁被所述的铜线圈均匀缠绕。
所述的脉冲控制电路与所述的铜线圈相连接，并可产生高峰值电流的脉冲。控制脉冲电流的方向，可改变所述铝镍钴合金磁铁的轴向磁场方向。
多个所述的被铜线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁按照一定间距平行排布，并与钕铁硼合金磁铁轴向平行放置时，通过脉冲控制电路提供的脉冲改变铝镍钴合金磁铁的磁场方向，让其它钕铁硼合金磁铁与其形成作用力，从而实现连接或者驱动钕铁硼合金磁铁运动。
根据被发明的再一个方面，还提供了一种模块化机器人，包括上述的集连接和运动功能的电机；该模块化机器人的基本模块外形为正方体，基本模块之间可以相互连接和运动；每个基本模块上安装有4个钕铁硼合金磁铁和6个被铜线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁。
本发明的有益效果是：（1）本发明的集连接和运动功能的电机同时具备了连接功能和运动功能，原本模块化机器人系统中同时需要运动系统和连接系统两套功能系统，采用本发明只需要一套系统就可以实现全部功能，大大的简化了机器人的结构，减轻了机器人的重量。
（2）本发明的集连接和运动功能的电机可以极大的减小机器人的能量需求，当用于连接时，是依靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场来实现的，不需要额外的能量供应；当用于运动时，每次移动的时候只需要提供一个能耗很小的脉冲电流。
（3）本发明的集连接和运动功能的电机的结构简单，可手工制作，且可以实现小型化，对于微型模块化机器人来说，是一个非常好的选择。
（4）本发明的模块化机器人，可组成一个完整的模块化机器人平台，用于搭载其它传感器或者执行器完成特定任务。同时，由于其制作简单，也可以用于研究模块化机器人的相关运动和控制算法。
附图说明
图1是本发明的集连接和运动功能的电机的原理示意图；
图2是本发明的模块化机器人基本模块结构示意图；
图3是本发明的模块化机器人连接和运动原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
参见附图1，本发明的集连接和运动功能的电机包括4部分：钕铁硼合金磁铁1、铝镍钴合金磁铁4和5、铜线圈10和11、脉冲控制电路15。固定板12用于固定铝镍钴合金磁铁4和5。
所述的脉冲控制电路15，其主要的构成为H桥电路。
所述的钕铁硼合金磁铁1为圆柱体，磁化方向为轴向磁化，它的磁极分为北极2和南极3。
所述的铝镍钴合金磁铁4被铜线圈10均匀缠绕，磁化方向也为轴向磁化，它的磁极分为北极6和南极7。所述的铝镍钴合金磁铁5被铜线圈11均匀缠绕，磁化方向也为轴向磁化，它的磁极分为北极9和南极8。
所述的铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5与钕铁硼合金磁铁1平行、同轴且紧密接触。
所述的铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5的直径应该大于所述钕铁硼合金磁铁1。
所述铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5的磁化方向相反,是因为铜线10上通的为正向脉冲电流13，铜线11上通的为反向脉冲电流14。
所述脉冲控制电路15可产生脉冲电流13和脉冲电流14，当脉冲电流13和脉冲电流14分别通过铜线圈10时和铜线圈11时，铜线圈10和铜线圈11会产生磁场，磁场可磁化铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5，改变其磁场方向。由于铜线圈10和铜线圈11产生的磁场的方向可由脉冲电流13和脉冲电流14的方向控制，因此铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5的磁场方向也是可控的。附图1展示的磁化方向仅仅是一个某一时刻的状态。
从附图1中可以看出所述铝镍钴合金磁铁4与铝镍钴合金磁铁5和钕铁硼合金磁铁1的磁化方向均相反。此时，钕铁硼合金磁铁1与铝镍钴合金磁铁4互相排斥，钕铁硼合金磁铁1与铝镍钴合金磁铁4互相吸引，在磁场力的作用下，钕铁硼合金磁铁1会沿着移动方向16运动。当所述钕铁硼合金磁铁1运动到与铝镍钴合金磁铁5轴向平行时，钕铁硼合金磁铁1和铝镍钴合金磁铁5会紧密吸附在一起。之后的运动过程以此类推，运动方向也是可控的。
附图1仅仅展示了两个铝镍钴合金磁铁4与铝镍钴合金磁铁5和一个钕铁硼合金磁铁1，实际应用中，可采用多个铝镍钴合金磁铁和多个钕铁硼合金磁铁构成。并且也可以固定钕铁硼合金磁铁，让被线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁运动。
参见附图2，本发明的模块化机器人由多个基本模块17组成，所述基本模块17之间可以相互连接和运动。所述基本模块17外形为正方体，其顶面为开放状态。所述基本模块17上安装有4个小孔，小孔18、小孔19、小孔20、小孔21用于安装钕铁硼合金磁铁，有6个大孔，大孔22、大孔23、大孔24、大孔25、大孔26、大孔27用于安装缠绕了铜线圈的铝镍钴合金磁铁。所述小孔18、小孔19、小孔20、小孔21被安装在2个相邻侧面，每个侧面安装2个。所述大孔22、大孔23、大孔24、大孔25、大孔26、大孔27被安装在另外2个相邻侧面，每个侧面安装3个。
附图3用3个基本模块，基本模块28、基本模块29、基本模块30展示了本发明的模块化机器人连接和运动原理。其中基本模块28和基本模块29的安装有钕铁硼合金磁铁的面与基本模块30安装有缠绕了铜线圈的铝镍钴合金磁铁的面相对。
附图3所示的时刻，3个基本模块处于稳定状态，通过改变缠绕了铜线圈的铝镍钴合磁铁34、35、36上通过电流的方向可控制铝镍钴合磁铁的磁场方向，从而控制基本模块30沿着基本模块28和基本模块29运动。在附图3所示的时刻，仅仅将缠绕了铜线圈的铝镍钴合磁铁32的磁化方向反向时，基本模块30会沿着方向34运动；仅仅将缠绕了铜线圈的铝镍钴合磁铁33的磁化方向反向时，基本模块30会沿着方向35运动。
以上所述，仅为本发明的较佳实施方式，本发明也可以具有其它的形式变化，上述实施例仅仅起到对上述发明保护范围内的示范作用，对本领域普通技术人员来说，在本发明所限定的保护范围内还有很多常规变形和其它实施例。因此，本发明将不会被限制于本文所示实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种集连接和运动功能的电机，其特征在于：由被铜线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁、钕铁硼合金磁铁、脉冲控制电路组成；
脉冲控制电路产生脉冲电流，当脉冲通过铜线圈时，铜线圈产生磁场，磁场磁化铝镍钴合金磁铁，改变其磁场方向；
其中脉冲控制电路为H桥电路；
铝镍钴合金磁铁，设置为由至少2个以上缠绕铜线圈的铝镍钴合金磁铁，且按照轴向平行排布在一条直线上，磁化方向均为轴向磁化；
钕铁硼合金磁铁，设置为圆柱体，磁化方向为轴向磁化；
多个铝镍钴合金磁铁，与钕铁硼合金磁铁同轴、平行且紧密接触；
铝镍钴合金磁铁设置有两个，每个表面均被铜线圈均匀缠绕，均为轴向磁化，且两个磁化方向相反，两个磁铁的直径均大于钕铁硼合金磁铁；
其中脉冲控制电路产生两个脉冲电流，独立地连通一个铝镍钴合金磁铁，铜线圈产生的磁场的方向由脉冲电流的方向控制，因此铝镍钴合金磁铁的磁场方向是可控的；
当脉冲电流通过分别独立地通过两个铜线圈，产生磁场，磁场磁化两个铝镍钴合金磁铁，发生相互排斥，钕铁硼合金磁铁在磁场力作用下，与一个铝镍钴合金磁铁排斥，另一个铝镍钴合金磁铁吸引，进行运动；
即通过改变铝镍钴合金磁铁的磁场方向，让其与钕铁硼合金磁铁形成吸力或排斥力，并在吸力或排斥力的综合作用下产生连接和移动功能。
2.根据权利要求1所述的集连接和运动功能的电机，其特征在于：由多个铝镍钴合金磁铁和多个钕铁硼合金磁铁构成；且能够固定钕铁硼合金磁铁，让被线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁运动。
3.一种模块化机器人，其特征在于：包括根据权利要求1或2任一所述集连接和运动功能的电机；其由多个基本模块组成，所述基本模块之间为相互连接和运动；所述基本模块外形为正方体，顶面为开放状态，并安装有多个钕铁硼合金磁铁和被铜线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁；每个基本模块两个相邻侧面设置有小孔，每一侧面均设置两个小孔，用于安装钕铁硼合金磁铁；另两组侧面设置有大孔，每一侧面均设置有三个大孔，用于安装铝镍钴合金磁铁；其中安装有钕铁硼合金磁铁的基本模块、与安装有铝镍钴合金磁铁的基本模块面连接时设置为相对位置；
其中所述集连接和运动功能的电机，是在能量需求小，当用于连接时，是通过磁铁的“异性相吸”原理，靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场所产生的吸力来实现连接功能，不需要额外的能量供应；当用于运动时，只需要一个能耗很小的脉冲电流，改变铝镍钴合金磁铁的磁场方向，通过磁铁的“同性相斥”原理，靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场所产生的吸力来实现运动功能。
CN201710327510.3A 2017-05-11 2017-05-11 集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人 Active CN107116544B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710327510.3A CN107116544B (zh) 2017-05-11 2017-05-11 集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710327510.3A CN107116544B (zh) 2017-05-11 2017-05-11 集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107116544A CN107116544A (zh) 2017-09-01
CN107116544B true CN107116544B (zh) 2021-07-06

Family

ID=59726914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710327510.3A Active CN107116544B (zh) 2017-05-11 2017-05-11 集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107116544B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3747036A1 (en) 2018-02-02 2020-12-09 Robotiq Inc. A programmable permanent magnet actuator and a magnetic field generation apparatus and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5361186A (en) * 1990-09-20 1994-11-01 Agency Of Industrial Science And Technology Self reconfigurable cellular robotic system
CN101441919A (zh) * 2008-09-08 2009-05-27 杨东平 一种电磁驱动直线运动的方法及装置
CN101834509A (zh) * 2010-04-21 2010-09-15 胡俊兵 一种新型电磁驱动器及其应用
WO2015196111A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 The Regents Of The University Of California Actively controlled microarchitectures with programmable bulk material properties
CN206092314U (zh) * 2016-10-20 2017-04-12 淮阴工学院 一种调频式磁力泵

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4638740B2 (ja) * 2003-01-15 2011-02-23 ピエトルズク，アンジェイ 三次元多目的素子システムおよび三次元多目的素子を生成するための方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5361186A (en) * 1990-09-20 1994-11-01 Agency Of Industrial Science And Technology Self reconfigurable cellular robotic system
CN101441919A (zh) * 2008-09-08 2009-05-27 杨东平 一种电磁驱动直线运动的方法及装置
CN101834509A (zh) * 2010-04-21 2010-09-15 胡俊兵 一种新型电磁驱动器及其应用
WO2015196111A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 The Regents Of The University Of California Actively controlled microarchitectures with programmable bulk material properties
CN206092314U (zh) * 2016-10-20 2017-04-12 淮阴工学院 一种调频式磁力泵

Also Published As

Publication number Publication date
CN107116544A (zh) 2017-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230170122A1 (en) Electromagnet-switchable permanent magnet device
US20130135067A1 (en) Magnet substance holder including a combination of a permanent magnet and an electromagnet
KR101125280B1 (ko) 영구자석과 전자석을 결합한 자성체 홀딩장치
CN201956868U (zh) 三极永磁往复电机
CN201251980Y (zh) 一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置
CN107116544B (zh) 集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人
US5341055A (en) Combination reciprocating motor and inverter
CN2614378Y (zh) 节能电磁开关
Dhangar et al. Magnetic piston operated engine
CN114927386A (zh) 可快速响应的直流接触器电磁驱动机构
CN112106153B (zh) 可编程永磁致动器和磁场产生装置及方法
CN112953308A (zh) 电磁悬浮斥力直线电机装置及工作方法
CN111564277A (zh) 一种节能型双稳式永磁保持电磁铁
CN203444899U (zh) 脉冲式双向自保持电磁铁
CN2539260Y (zh) 双向磁保持电磁铁
RU105090U1 (ru) Двигатель с поступательно-возвратным движением на управляемых магнитах
CN214999728U (zh) 脉冲电磁阀
CN203444898U (zh) 脉冲式单向自保持电磁铁
CN205003530U (zh) 精密位移驱动进给机构及其组合、刀具
CN219320623U (zh) 用于摄像模块的驱动装置及电子设备
CN212113342U (zh) 一种节能型双稳式永磁保持电磁铁
KR20120030993A (ko) 영구자석과 전자석을 결합한 자성체 홀딩장치
WO2016075571A1 (en) A bi-stable magnetic actuator
CN110111970B (zh) 基于磁阻力实现双向位置自保持的脉冲触发型电磁铁
CN214281193U (zh) 一种电磁推拉恒力伸缩杆装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant