CN108749947B - 小型八足仿生机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型八足仿生机器人，包括U型梁、夹槽、压电双晶片、T型足；所述U型梁是一个等壁厚的U型体，在U型梁的两个侧面分别对称安装四个夹槽；每个夹槽上安装一个压电双晶片；每个压电双晶片的末端处安装一个T型足；通过对每个压电双晶片施加不同的交流驱动信号，压电双晶片产生相应的弯曲变形，最终在末端输出位移并通过T型足作用在地面上，T型足推动小型八足仿生机器人运动。本发明结构简单、易于控制、重量轻、隐身效果好、效率高、不受磁场干扰。

Description

小型八足仿生机器人
技术领域
本发明涉及一种多足式仿生机器人，具体是一种小型八足仿生机器人。
背景技术
多足仿生机器人是指模仿多足生物、从事生物特点工作的机器人。多足仿生机器人是基于生物的身体结构特点和运动方式的仿生原理进行研制的。基于多足生物身体结构特点和运动的原理进行研制。仿生不仅仅是模仿，而是在达到所模仿生物运动的基础上对仿生机器人结构进行尽可能的简化，使得机器人结构和控制更加简单。
对于多足仿生机器人，一般情况下其每一条腿都会有多个自由度，每一个自由度都需要一个驱动电机驱动，这样整个多足仿生机器人结构就相当复杂，同时控制也变得繁琐。为了使得仿生机器人结构和控制较简单，对仿生机器人进行简化。仿生机器人概念对机器人领域的发展和进步提供了新的思路。
发明内容
本发明旨在提供一种小型八足仿生机器人，具有结构简单、易于控制、重量轻、隐身效果好、效率高、不受磁场干扰等特点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种小型八足仿生机器人，包括U型梁、夹槽、压电双晶片、T型足；所述U型梁是一个等壁厚的U型体，在U型梁的两个侧面分别对称安装四个夹槽；每个夹槽上安装一个压电双晶片；每个压电双晶片的末端处安装一个T型足；通过对每个压电双晶片施加不同的交流驱动信号，压电双晶片产生相应的弯曲变形，最终在末端输出位移并通过T型足作用在地面上，T型足推动小型八足仿生机器人运动。
所述U型梁的两侧面分别有一组螺纹孔，每一组螺纹孔由完全相同的四个等间距布置的螺纹孔组成。
所述夹槽一端带有螺纹柱，另一端带有U型槽；所述夹槽的螺纹柱与U型梁上的螺纹孔相配合，压电双晶片的电极端夹持在夹槽的U型槽内，U型槽的槽口宽度略小于压电双晶片的厚度，使得有足够的预紧力夹紧压电双晶片；八个夹槽的结构均是完全相同的，但安装方向不尽相同，即仿生足与地面之间存在接触角，内侧的两个仿生足为一组与地面接触角均为110°，外侧的两个仿生足为一组接触角均为70°。
所述压电双晶片为三层梁结构，包括一块金属薄片和两片完全相同的压电片，两片压电片分别粘结在金属薄片的上下表面。
所述T型足上端设有方形槽，槽口长度和压电双晶片宽度相同，槽口宽度略小于压电双晶片的厚度，压电双晶片的末端插入方形槽内，通过过盈配合连接。
本发明的原理如下：
分别对八片压电双晶片施加特定的交流信号，可以在压电双晶片末端产生振动，这样可以在仿生足末端产生驱动力，足端周期振动与地面之间作用推动小型八足方式机器人行走。通过调节施加交流信号的相位可以控制小型八足仿生机器人的前进和后退，调节施加信号的频率可以控制八足仿生机器人的行进速度，具体为：
所述压电双晶片施加电压信号为并联连接，并且上下压电片的极化方向相同，当压电片的施加电场方向和极化方向相同时压电片在逆压电效应下横向伸长，当压电片的施加电场方向和极化方向相反时压电片在逆压电效应下横向收缩，压电双晶片施加的信号为交流信号，因此该压电片随着交流信号的频率上下摆动产生振动。
对压电双晶片施加同频率的交流信号，内侧四个仿生足为一组施加同频率和同相位的交流信号，外侧四个仿生足为一组也施加同频率和同相位的交流信号，而内侧四个仿生足和外侧的四个仿生足交流信号的相位差为180°。当内侧四个仿生足的驱动信号相比于外侧四个仿生足的驱动信号相位延迟180°时，则小型八足仿生机器人向前运动；反之则向后运动。内侧四个仿生足和外侧的四个仿生足施加交流信号只在相位上有差别，所以无论该小型八足仿生机器人是前进还是后退，速度大小是不变的。
当对压电双晶片施加交流信号的频率越接近其固有频率时，机器人的行驶速度越快；当施加交流信号的频率与其固有频率相差越大时，机器人的行驶速度越慢。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：
发明通过对U型梁两侧面的每一仿生足的压电双晶片施加特定的交流信号，可在仿生足的末端输出随交流信号变化而往复振动，仿生足末端与地面之间产生作用驱动该小型八足仿生机器人前行或后退。本发明结构简单、易于控制、重量轻、隐身效果好、效率高、不受磁场干扰。
附图说明
图1是小型八足仿生机器人的整体示意图。
图2是小型八足仿生机器人的侧视图。
图3是小型八足仿生机器人仿生足示意图。
图4是压电双晶片示意图。
图5是T型足的示意图。
图6是使得小型八足仿生机器人向前运动时给仿生足的压电双晶片施加交变信号示意图。
图7是使得小型八足仿生机器人向后运动时给仿生足的压电双晶片施加交变信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明：
参见图1~图5，一种小型八足仿生机器人，包括U型梁1、夹槽2、压电双晶片3、T型足4；所述U型梁1是一个等壁厚的U型体，在U型梁1的两个侧面分别对称安装四个夹槽2；每个夹槽2上安装一个压电双晶片3；每个压电双晶片3的末端处安装一个T型足4；通过对每个压电双晶片3施加不同的交流驱动信号，压电双晶片3产生相应的弯曲变形，最终在末端输出位移并通过T型足4作用在地面上，T型足4推动小型八足仿生机器人运动。
所述U型梁1的两侧面分别有一组螺纹孔，每一组螺纹孔由完全相同的四个等间距布置的螺纹孔组成。
所述夹槽2一端带有螺纹柱，另一端带有U型槽；所述夹槽2的螺纹柱与U型梁1上的螺纹孔相配合，压电双晶片3的电极端夹持在夹槽2的U型槽内，U型槽的槽口宽度略小于压电双晶片3的厚度，使得有足够的预紧力夹紧压电双晶片3；八个夹槽2的结构均是完全相同的，但安装方向不尽相同，即仿生足与地面之间存在接触角，内侧的两个仿生足为一组与地面接触角均为110°，外侧的两个仿生足为一组接触角均为70°，如图2所示。
如图4所示，所述压电双晶片3为三层梁结构，包括一块金属薄片和两片完全相同的压电片，两片压电片分别粘结在金属薄片的上下表面。如压电双晶片的上侧压电片伸长、下侧压电片收缩，则压电双晶片表现为向下弯曲变形，反之，则压电双晶片表现为向上弯曲变形。
如图5所示，所述T型足4上端设有方形槽，槽口长度和压电双晶片3宽度相同，槽口宽度略小于压电双晶片3的厚度，压电双晶片3的末端插入方形槽内，通过过盈配合连接。
参见图6和图7，上述小型八足仿生机器人的驱动方式如下：
定义：将由夹槽2、压电双晶片3和T型足4组成的结构定义为一仿生足，所述小型八足仿生机器人的八个仿生足完全相同；由于小型八足仿生机器人的两侧完全对称布置，将其中一侧的四个仿生足分别定义为A、B、C、D四足，另一侧的四个仿生足分别定义为E、F、G、H四足。在U型梁1上端面位置设置XOY坐标系，A、B、C、D四足所在的侧面位于XOZ面内；在XOZ面内A、D足相对地面倾角为70°，B、C的倾角为110°；定义A、D、E、H四足为一组外足，B、C、F、G四足为一组内足；驱动过程如下：
对上述两组仿生足分别施加驱动信号，其中对任一组仿生足施加的交流信号的频率相同，但两组相位相差180°，则能使得小型八足仿生机器人产生前进的动力。
若对A、D、E、H四个外足同时上述施加驱动信号，则推动小型八足仿生机器人跳离地面，同时具有向上和向前的速度，在空中做抛物线运动并向前行进，行进速度为V1。
若对B、C、F、G四个内足同时施加上述驱动信号，则小型八足仿生机器人向后行进，则行进速度为-V1。
如图6所示，对A、B、C、D、E、F、G、H仿生足的压电双晶片3分别施加sin、-sin、-sin、sin、sin、-sin、-sin、sin的交流驱动信号，在压电效应作用下，压电堆叠会产生相应的变形量Asinwt、-Asinwt、-Asinwt、Asinwt、Asinwt、-Asinwt、-Asinwt、Asinwt，式中A为振幅，w为信号频率，小型八足仿生机器人向前运动。
如图7所示，对A、B、C、D、E、F、G、H仿生足的压电双晶片3分别施加-sin、sin、sin、-sin、-sin、sin、sin、-sin的交流驱动信号，在压电效应作用下，压电堆叠会产生相应的变形量-Asinwt、Asinwt、Asinwt、-Asinwt、-Asinwt、Asinwt、Asinwt、-Asinwt，式中A为振幅，w为信号频率，小型八足仿生机器人向后运动。
本发明小型八足仿生机器人具有以下几个特点：
1、利用压电双晶片提供驱动动力，充分利用压电双晶片的弯曲变形提高了能量转化效率。
2、本小型八足仿生机器人主体材料为非金属材料，能够在狭小的空间工作具有一定的隐蔽性和较好的隐身效果。
3、通过对仿生足的压电双晶片施加交流信号的频率的调节，可以增加或减小运动速度。即：当对仿生足施加交流信号的频率越接近小型八足仿生机器人的固有频率时，小型八足仿生机器人的行驶速度越快；当施加交流信号的频率与小型八足仿生机器人固有频率相差越大时，小型八足仿生机器人的行驶速度越慢。
4、可以控制小型八足仿生机器人进行前进、后退操作。若当中间四足施加的交流信号相比于外侧四足施加的交流信号延迟180°时，小型八足仿生机器人向前运动；则当外侧四足施加的交流信号相比于中间四足施加的交流信号延迟180°时，小型八足仿生机器人向后行驶。

Claims (4)

1.一种小型八足仿生机器人，其特征在于：包括U型梁(1)、夹槽(2)、压电双晶片(3)、T型足(4)；所述U型梁(1)是一个等壁厚的U型体，在U型梁(1)的两个侧面分别对称安装四个夹槽(2)；每个夹槽(2)上安装一个压电双晶片(3)；每个压电双晶片(3)的末端处安装一个T型足(4)；通过对每个压电双晶片(3)施加不同的交流驱动信号，压电双晶片(3)产生相应的弯曲变形，最终在末端输出位移并通过T型足(4)作用在地面上，T型足(4)推动小型八足仿生机器人运动；所述夹槽(2)一端带有螺纹柱，另一端带有U型槽；所述夹槽(2)的螺纹柱与U型梁(1)上的螺纹孔相配合，压电双晶片(3)的电极端夹持在夹槽(2)的U型槽内，U型槽的槽口宽度略小于压电双晶片(3)的厚度，使得有足够的预紧力夹紧压电双晶片(3)；八个夹槽(2)的结构均是完全相同的，但安装方向不尽相同，即仿生足与地面之间存在接触角，内侧的两个仿生足为一组与地面接触角均为110°，外侧的两个仿生足为一组接触角均为70°。
2.根据权利要求1所述的小型八足仿生机器人，其特征在于：所述U型梁(1)的两侧面分别有一组螺纹孔，每一组螺纹孔由完全相同的四个等间距布置的螺纹孔组成。
3.根据权利要求1所述的小型八足仿生机器人，其特征在于：所述压电双晶片(3)为三层梁结构，包括一块金属薄片和两片完全相同的压电片，两片压电片分别粘结在金属薄片的上下表面。
4.根据权利要求1所述的小型八足仿生机器人，其特征在于：所述T型足(4)上端设有方形槽，槽口长度和压电双晶片(3)宽度相同，槽口宽度略小于压电双晶片(3)的厚度，压电双晶片(3)的末端插入方形槽内，通过过盈配合连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112339957A (zh) * 2020-10-12 2021-02-09 东北电力大学 一种模态驱动的水黾型仿生机器人
CN112910304B (zh) * 2021-01-22 2022-03-01 哈尔滨工业大学 一种小型多体节压电机器人及其激励方法
CN112758206A (zh) * 2021-02-09 2021-05-07 王思远 基于连杆机构的仿生四足爬壁机器人

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101502959A (zh) * 2009-03-16 2009-08-12 哈尔滨工业大学 一种谐振式微小型机器人移动机构
CN103475261A (zh) * 2013-09-24 2013-12-25 浙江师范大学 仿生型压电足式驱动器
CN106695749A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 哈尔滨工大天才智能科技有限公司 一种基于谐振驱动的微小型机器人
CN106712573A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 哈尔滨工大天才智能科技有限公司 一种多足微小型机器人

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101502959A (zh) * 2009-03-16 2009-08-12 哈尔滨工业大学 一种谐振式微小型机器人移动机构
CN103475261A (zh) * 2013-09-24 2013-12-25 浙江师范大学 仿生型压电足式驱动器
CN106695749A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 哈尔滨工大天才智能科技有限公司 一种基于谐振驱动的微小型机器人
CN106712573A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 哈尔滨工大天才智能科技有限公司 一种多足微小型机器人

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