CN109773748B - 微型机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型机器人。所述微型机器人包括支撑结构、机体和振动马达。所述机体固定在所述支撑结构上。所述机体包括振动马达。所述振动马达用于在工作时产生振动以驱动所述支撑结构运动。如此，所述振动马达通过振动驱动所述微型机器人运动，从而使得所述微型机器人可以省略传动结构等比较复杂的机构，微型机器人的结构简单、组装容易且成本较低。

Description

微型机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种微型机器人。

背景技术

微型机器人具有许多优点，例如尺寸小、灵活性高、稳定性强等，特别是机器人在群体中通信和协作时，这些特征将尤为重要。例如医学诊断和治疗，工程搜索和救援工作。然而现在的微型机器人的研发仍面临一些问题，例如，微型机器人的结构复杂，因此，如何能在最小成本的条件下实现微型机器人结构简单化，体积小型化成了微型机器人研发的挑战之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微型机器人。

本发明实施方式的微型机器人包括支撑结构、机体和振动马达。所述机体固定在所述支撑结构上。所述机体包括振动马达。所述振动马达用于在工作时产生振动以驱动所述微型机器人运动。

本发明实施方式的微型机器人中，振动马达通过振动驱动支撑结构运动，从而使得微型机器人可以省略传动结构等比较复杂的机构，微型机器人的结构简单、组装容易且成本较低。

在某些实施方式中，所述支撑结构包括间隔分布在所述机体底部的第一支撑腿和第二支撑腿，所述第一支撑腿的长度大于所述第二支撑腿的长度。

在某些实施方式中，所述第一支撑腿的数量为多条，所述第二支撑腿的数量为单条，多条所述第一支撑腿和所述第二支撑腿沿所述机体周向排布。

在某些实施方式中，所述机体包括电池，所述电池用于向所述振动马达供电，所述支撑结构固定在所述电池的底部，所述振动马达固定在所述电池顶部。

在某些实施方式中，所述微型机器人包括自所述机体延伸的连接体，所述连接体用于连接外部物体。

在某些实施方式中，所述机体包括壳体，所述电池和所述振动马达均收容于所述壳体内。

在某些实施方式中，所述机体包括控制电路板，所述控制电路板用于控制所述振动马达工作以使所述微型机器人沿预定轨迹运动。

在某些实施方式中，所述控制电路板用于控制所述振动马达的输入电压以及所述振动马达的工作时间以使所述微型机器人沿所述预定轨迹运动。

在某些实施方式中，所述控制电路板包括无线通信模块，所述无线通信模块用于与外部遥控设备通信。

在某些实施方式中，所述支撑结构和所述振动马达通过粘合剂安装在所述机体。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得更加明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的微型机器人的立体示意图；

图2是本发明实施方式的微型机器人的另一种实施方式的立体示意图；

图3是本发明实施方式的微型机器人的内部结构示意图；

图4是本发明实施方式的微型机器人的另一种实施方式的内部结构示意图；

图5是本发明实施方式的微型机器人的另一个立体示意图；

图6是本发明实施方式的微型机器人的平面示意图；

图7是本发明实施方式的微型机器人的另一平面示意图；

图8是本发明实施方式的微型机器人的一个输入电压值的示意图；

图9是本发明实施方式的微型机器人的运动轨迹示意图；

图10是本发明实施方式的微型机器人的另一个输入电压值的示意图；

图11是本发明实施方式的微型机器人的另一个运动轨迹示意图；

图12是本发明实施方式的微型机器人的又一个输入电压值的示意图；

图13是本发明实施方式的微型机器人的又一个运动轨迹示意图；

图14是本发明实施方式的微型机器人的再一个输入电压值的示意图；

图15是本发明实施方式的微型机器人的再一个运动轨迹示意图。

主要元件符号说明：

微型机器人100；

支撑结构10、第一支撑腿11、第二支撑腿12、机体20、振动马达21、电池22、壳体23、控制电路板24、无线通信模块241、顶盖25、连接体26。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参考图1-4，微型机器人100包括支撑结构10、机体20和振动马达21。机体20固定在支撑结构10上。机体20包括振动马达21。振动马达21用于在工作时产生振动以驱动微型机器人100运动。

本发明实施方式的微型机器人100中，振动马达21通过振动驱动微型机器人100运动，从而使得微型机器人100可以省略传动结构等比较复杂的机构，微型机器人100的结构简单、组装容易且成本较低。

具体地，振动马达21在振动时，可以将振动传递至支撑结构10，由于惯性作用驱动支撑结构10运动。可以理解的是，惯性力的大小会影响支撑结构10的运动方向和运动距离。因此，可以通过控制振动马达21在不同方向上的转动角度和转动速度，振动力大小，从而使得支撑结构10在不同方向上的惯性力不同，不同的惯性力驱使支撑结构10在不同方向发生运动。

请继续参阅图1-4，在某些实施方式中，支撑结构10包括间隔分布在机体20底部的第一支撑腿11和第二支撑腿12。第一支撑腿11的长度L1大于第二支撑腿12的长度 L2。

可以理解的是，若微型机器人100的所有支撑腿长度相同，则微型机器人100始终处于平衡状态，运动幅度较小，无法满足需求。在微型机器人100运动过程中，微型机器人100自身呈现倾斜状态，倾斜的方向偏向与第二支撑腿12的位置。微型机器人100 可以通过与第二支撑腿12相邻的两条第一支撑腿11的交替前进实现运动。

具体地，请参阅图6，在某些实施方式中，第一支撑腿11的长度L1为10mm。第二支撑腿12的长度L2为5mm。当然，在其他实施方式中，第一支撑腿11的长度D1和第二支撑腿12的长度D2可以为其他具体长度。另外，支撑腿可以由塑料或者金属材料制成。

请参阅图5，在某些实施方式中，第一支撑腿11的数量为多条，第二支撑腿12的数量为一条，多个第一支撑腿11和一个第二支撑腿12沿机体20周向排布。如此，使得微型机器人100保持了自身重量均匀，同时又可以使微型机器人100实现运动。

具体地，在某些实施方式中，第一支撑腿11的数量为3条。第二支撑腿12的数量为单条。支撑腿之间的间隔角度为90度。

更多地，在某些实施方式中，支撑腿的截面可以为圆形或者正方形。

请参阅图3及图4，在某些实施方式中，机体20包括电池22。电池22用于向振动马达21供电。电池22呈片状。支撑结构10固定在电池22的底部。振动马达21固定在电池22 的顶部。较佳的，片状电池形状比较规则，容易实现固定。电池22和振动马达21之间无间隙固定，使得微型机器人100的总体尺寸较小。

具体地，在某些实施方式中，电池22为纽扣电池。电池22可以选用CR2032电池。CR2032 电池的标准电压为3V。CR2032锂电池的直径大约为20mm，厚度约为3.2mm。纽扣电池具有体积小、重量轻且电量持久等多种优点。

可以理解的是，电池22不仅仅限于使用纽扣电池，应根据实际情况选择合适电压和合适尺寸的电源。更多地，振动马达21为微型振动马达。微型振动马达分为扁平式振动马达和圆筒式振动马达。在本实施方式中，振动马达21采用扁平式振动马达。扁平式振动马达属于直流有刷电机。马达轴上有一个偏心轮。当马达转动的时候，偏心轮的圆心质点不在电机的转心上，使得马达处于连续地失去平衡的状态，从而引起震动。扁平式振动马达具有噪音低、功耗低、结构简单、可靠性强、响应时间短等多种优点。

当然，其他实施方式中，振动马达21也可以采用圆筒式振动马达。

进一步地，请参阅图6，振动马达21的直径为D1，厚度为H1。在某些实施方式中，振动马达21的直径D1为10mm，厚度H1为2mm。

请参阅图6及图7，微型机器人100的长为L，宽为W，高度为H。在某些实施方式中，微型机器人100的长宽高尺寸为22mm*22mm*16mm。或者说，微型机器人的长度L为22mm，宽度W为22mm，高度H为16mm。可以理解的是，微型机器人100的尺寸并不仅仅限于 22mm*22mm*16mm。可以根据选用器件的不同合理地调整微型机器人100的尺寸。

请参阅图2及图4，在某些实施方式中，微型机器人100包括自机体20延伸的连接体26。连接体26用于连接外部物体。连接体26可使微型机器人100在运动过程中拖动物体移动。连接体26使得微型机器人100的功能更加多样化。

具体地，在本实施方式中，连接体26可为形状记忆合金。连接体26呈条状。连接体26连接电池22。连接体26与电源接通后，连接体26本身开始产生热量，达到预定温度后发生形变，即向上翘曲，从而使机体20与连接体26之间的间隙变大，微型机器人100可运动到指定位置运输物体。

此时，电池22与连接体26之间的连通状态切断，连接体26在断电之后温度降低，在预应力的作用下恢复到弯曲状态。同时，机体20与连接体26之间的间隙变小，从而使得微型机器人100更为牢固地运输物体。可以理解的是，连接体26的材质并不仅仅限于形状记忆合金，可以根据实际使用情况选择合适的材质。

请参阅图3及图4，在某些实施方式中，振动马达21设置在电池22的中间位置。可以理解的是，由于微型机器人100尺寸较小，因此在组装过程中要充分考虑微型机器人100的平衡。因此，将振动马达21设置在电池22的中间位置，可使微型机器人100 的重量得到均匀分布。

请参阅图3及图4，在某些实施方式中，机体20包括壳体23。电池22和振动马达 21均收容于壳体23内。如此，可以使电池22和振动马达21避免外界空气中的水分的腐蚀，同时又可以微型机器人100外形美观。

具体地，壳体23可以使用塑料或者金属制成。壳体23可以和支撑腿材质相同。在一个例子中，壳体23的形状为圆柱形。可以理解的是，壳体23也可以为长方形或者正方形。

更多的，机体20还包括顶盖25。顶盖25用于扣合壳体23从而实现电池22和振动马达21外部不可见从而使微型机器人100外观简洁美观。

请参阅图3及图4，在某些实施方式中，机体20包括控制电路板24。控制电路板 24用于控制振动马达21工作以使微型机器人100沿预定轨迹运动。控制电路板24设置在电池22顶部。

可以理解的是，振动马达21的振动可以驱动支撑腿运动从而使微型机器人100实现位移。控制电路板24可以通过控制振动马达21的振动以控制微型机器人100的运动轨迹。

具体地，所述预定轨迹包括圆周轨迹、直线轨迹和曲线轨迹。或者说，微型机器人100可以沿圆周轨迹、直线轨迹和/或曲线轨迹运动。

在某些实施方式中，控制电路板24用于控制振动马达21的输入电压以及振动马达21的工作时间以使微型机器人100沿预定轨迹运动。可以理解的是，微型机器人100 的驱动装置为振动马达21。振动马达21的转动角度、转动速度及转动方向与电池22 的电压值和电压方向有关。因此，控制电路板24可以通过控制电压就能控制微型机器人100的运动轨迹。

具体地，请参阅图8和图9，在某些实施方式中，在振动马达21的输入电压值为正向恒定0.9V时，微型机器人100的运动轨迹为圆周轨迹。微型机器人100逆时针方向运动。

更多地，请参阅图10及图11，在某些实施方式中，在振动马达21的输入电压值为反向恒定0.9V时，微型机器人100的轨迹为圆周轨迹。微型机器人100顺时针方向运动。

进一步地，请参阅图12及图13，在某些实施方式中，在振动马达21的输入电压值为正向恒定0.9V和反向恒定0.9V间隔出现且不同电压值下的工作时间相同时，微型机器人100的轨迹为直线轨迹。

更进一步地，请参阅图14及图15，在某些实施方式中，在振动马达21的输入电压值为正向恒定0.9V和反向恒定0.9V间隔出现且振动马达21在不同的电压值下工作时间不同时，微型机器人100的轨迹为曲线运动。

可以理解的是，电池22施加给振动马达21的电压值并不仅限于0.9V且振动马达21的工作时间不同时，微型机器人100的运动轨迹可以呈现不同的轨迹。

请参阅图3及图4，在某些实施方式中，控制电路板24包括无线通信模块241。无线通信模块241用于与外部遥控设备通信。如此，微型机器人100的运动轨迹可以实现远程可控。

具体地，无线通信模块241可为蓝牙通信模块或者WIFI通信模块等。在微型机器人100的活动范围较小时，可以使用蓝牙通信模块。蓝牙通信模块的传输距离一般为 8-15米，而且通信过程中传输信号会因为障碍物的阻挡造成信息丢失。因此，在空旷无障碍物的小范围空间，可以在微型机器人100上使用蓝牙通信模块。WIFI通信模块与蓝牙通信模块相比，WIFI通信模块的传输距离比蓝牙通信模块的传输距离大很多，且WIFI 通信模块的传输信号不会因障碍物造成阻挡或者信号丢失。因此，在微型机器人100执行远距离任务时，可以使用WIFI通信模块。

更多地，微型机器人100上还可以设置多种传感器。在一个例子中，微型机器人100上可以安装温度传感器用于测量狭小空间的温度。在另外一个例子中，微型机器人100 上可以安装红外传感器用于探测狭小空间的生命体。当然，可以根据实际使用情况在微型机器人100上设置合适的传感器。

另外地，微型机器人100作为一个载体，可以在微型机器人100上设置多个模块。在一个例子中，音乐播放器或者LED灯模块可以设置在微型机器人100上。在另外一个例子中，微型机器人100可以携带摄像机进入到人类无法到达的地方检查和传输环境信息。可以理解的是，微型机器人100可以用于航海、农业、通信、航空航天、家庭和医疗等多个方面。

请参阅图3及图4，在某些实施方式中，微型机器人100的支撑结构10和振动马达21通过粘合剂安装在机体20。如此，使得微型机器人100各部分之间不包含传动机构和机械结构。微型机器人100的结构简单、组装容易且成本较低。

具体地，粘合剂可以为AB胶、强力胶水或者热熔胶等多种粘合比较牢固的粘合剂。

更多地，电池22通过粘合剂粘结在壳体23内。控制电路板24通过粘合剂粘结在电池22上。顶盖25通过粘合剂粘合在壳体23上。

在其他实施方式中，微型机器人100的各个部件也可以通过焊接的方式固定。例如，支撑腿10与电池22之间通过焊接固定。电池22与电路控制板24之间通过焊接固定。

在某些实施方式中，多个微型机器人100可以组成微型机器人群组。微型机器人群组中的微型机器人100可以设置多种类型的传感器及检测装置。微型机器人群组即为多种检测功能的组合从而使得微型机器人群组可以执行更为复杂的任务。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种微型机器人，其特征在于，包括：

支撑结构；

固定在所述支撑结构上的机体，所述机体包括振动马达，所述振动马达用于在工作时产生振动以驱动所述微型机器人运动；

所述支撑结构包括间隔分布在所述机体底部的第一支撑腿和第二支撑腿，所述第一支撑腿的长度大于所述第二支撑腿的长度，所述第一支撑腿的数量为三条，所述第二支撑腿的数量为单条，三条所述第一支撑腿和一条所述第二支撑腿沿所述机体周向排布，所述机体包括控制电路板，所述控制电路板用于控制所述振动马达工作以使所述微型机器人沿预定轨迹运动，所述预定轨迹包括圆周轨迹、直线轨迹和曲线轨迹。

2.如权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，所述机体包括电池，所述电池用于向所述振动马达供电，所述支撑结构固定在所述电池的底部，所述振动马达固定在所述电池顶部。

3.如权利要求2所述的微型机器人，其特征在于，所述机体包括壳体，所述电池和所述振动马达均收容于所述壳体内。

4.如权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，所述微型机器人包括自所述机体延伸的连接体，所述连接体用于连接外部物体。

5.如权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，所述控制电路板用于控制所述振动马达的输入电压以及所述振动马达的工作时间以使所述微型机器人沿所述预定轨迹运动。

6.如权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，所述控制电路板包括无线通信模块，所述无线通信模块用于与外部遥控设备通信。

7.如权利要求1所述的微型机器人，其特征在于，所述支撑结构和所述振动马达通过粘合剂安装在所述机体。

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