CN110480643B - 一种无刷驱动的仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种无刷驱动的仿生机器人，包括中空结构的机架和设于机架两侧的动力机构，所述动力机构包括定子绕组、固定梁、旋转轴、动力输出臂，所述定子绕组固定安装于机架，所述固定梁固定安装于定子绕组；所述动力输出臂通过旋转轴安装于固定梁，以使动力输出臂转动配合于固定梁；所述动力输出臂朝向定子绕组的一端设有永磁体。本发明采用无刷驱动原理为能量来源，可由无刷驱动器驱动，动力输出功率大，而且每个位置的动力输出都能够随意控制，控制精度高，延时小。

Description

一种无刷驱动的仿生机器人

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种无刷驱动的仿生机器人。

背景技术

仿生鱼是机器人(鱼)研究的重要领域。鱼类经过几亿年漫长的进化过程，形成了近乎完美的水中行进的胜利结构与运动模式。它们凭借优良流体力学效能的身体结构，获得了极高的推进效率和机动性，其性能远远高于螺旋桨推进系统。其中，以胸鳍为主要推进力来源的机器鱼凭借其推进效率，转弯机动性高、运动稳定性好等优势得到了科研人员的广泛关注。仿生鱼类动力相关的技术已经成为一个前沿科技的研究课题，尤其是在军事和民用领域具有潜在的应用价值。现有的水下机器人的动力结构大多以魔鬼鱼为模型来进行仿生设计，在军事侦查、水下探测、生物观察、娱乐观赏等多个领域具有极高的应用价值和广阔的发展前景。

自然原形为胸鳍摆动推进模式鱼类-蝠鲼的仿生机器鱼，胸鳍摆动推进模式(类似鸟类在空中的翅膀拍动)是胸鳍推进模式的一种，具有胸鳍推进模式中最高效的推进模式与速度。当前胸鳍摆动推进仿生鱼的研究成果多数基于刚性机构和类似扑翼柔性薄膜的驱动机构，摆动的周期基本上是由结构所决定，每个摆动周期内的每个固定点的速度都是一致的，无法像真的生物那样能够实时调整摆动的速度。具体而言，目前采用的胸鳍摆动推进模式实时性不够，无法根据需要，实时调节当前胸鳍的力矩与速度。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种无刷驱动的仿生机器人。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种无刷驱动的仿生机器人，包括中空结构的机架和设于机架两侧的动力机构，所述动力机构包括定子绕组、固定梁、旋转轴、动力输出臂，所述定子绕组固定安装于机架，所述固定梁固定安装于定子绕组；所述动力输出臂通过旋转轴安装于固定梁，以使动力输出臂转动配合于固定梁；所述动力输出臂朝向定子绕组的一端设有永磁体。

作为优选方案，所述定子绕组为半圆结构，固定梁位于定子绕组的开口位置。

作为优选方案，所述机架的两侧具有定子绕组的安装槽，所述安装槽的开口尺寸与固定梁的尺寸相配。

作为优选方案，所述定子绕组包括半圆定子及安装于半圆定子之上的绕组。

作为优选方案，所述绕组由导线通过星型连接绕制而成。

作为优选方案，所述绕组以预设间距通过防水胶固定于半圆定子的内壁。

作为优选方案，所述固定梁通过防水胶固定安装于定子绕组的开口位置。

作为优选方案，所述动力输出臂的转动面与定子绕组的径向平行。

作为优选方案，所述机架为轴对称结构，机架两侧的动力机构以机架的对称轴镜像对称。

作为优选方案，所述永磁体通过防水胶固定于动力输出臂的端部。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

一、本发明采用无刷驱动原理为动力来源，能量转换效率高，无传统齿轮结构带来的能量损耗，且噪音低，不易被发现。

二、本发明采用无刷驱动原理为能量来源，可由无刷驱动器驱动，动力输出功率大，而且每个位置的动力输出都能够随意控制，控制精度高，延时小。

三、本发明的动力机构模块化设计，更换便利。

附图说明

图1是本发明实施例的无刷驱动的仿生机器人的结构示意图；

图2是本发明实施例的无刷驱动的仿生机器人的结构爆炸图；

图3是本发明实施例的无刷驱动的仿生机器人的动力机构的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1-3所示，本发明实施例的无刷驱动的仿生机器人，包括中空结构的机架1和安装在机架两侧的动力机构2，机架1为轴对称结构，机架两侧的动力机构2以机架的对称轴镜像对称，以便保证动力机构驱动仿生机器人运动的平稳性。

具体地，如图3所示，动力机构2包括定子绕组、动力输出臂201、旋转轴202和固定梁205；其中，定子绕组固定安装在机架上，定子绕组包括半圆定子203和安装在半圆定子之上的绕组206，半圆定子203由半圆形基材和贴设在半圆形基材内壁的硅钢片堆积而成，导线通过星型连接均匀绕在硅钢片上构成绕组，从而得到半圆结构的定子绕组。其中，每个绕组八匝，绕组以预设间距(1mm)通过防水胶固定于半圆定子的内壁。

为了便于机器人的集成以及动力输出效率，机架1的两侧具有定子绕组的安装槽，安装槽的开口尺寸与固定梁的尺寸相配。当安装完成后，通过防水胶固定连接缝隙，实现机架内部结构的防水。

其中，固定梁205固定安装在定子绕组上；具体地，固定梁205位于定子绕组的开口位置，通过防水胶固定安装在定子绕组的开口位置。动力输出臂201通过旋转轴202安装在固定梁205的中部，以使动力输出臂201转动配合于固定梁205，且动力输出臂的转动面与定子绕组的径向平行；动力输出臂201包括两段，一段位于定子绕组之内，另一段位于定子绕组之外，以便向外输出动力。另外，动力输出臂朝向定子绕组的一端设有永磁体204，永磁体204通过防水胶固定安装在动力输出臂201的端部。

当动力机构2与驱动器连接，动力机构2的动力输出臂201就能够上下摆动，保持两边动力机构2动力输出一致，并带动外部的胸鳍上下摆动，实现推进。半圆定子绕组会产生旋转的磁场，从而带动动力输出臂一端的永磁体转动，由于动力输出臂被旋转轴固定在固定梁上，根据杠杆原理，动力输出臂会反向运动，从而输出动力。改变两侧动力机构摆动的幅度与频率，即调整两边动力输出臂的力矩，就能够实现改变两边推进力，实现转弯。

本发明设计了能够实时调整胸鳍输出力矩的动力结构，以最接近生物对环境的反应速度来实现对胸鳍的控制，从而获得更高的控制精度。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无刷驱动的仿生机器人，其特征在于，包括中空结构的机架和设于机架两侧的动力机构，所述动力机构包括定子绕组、固定梁、旋转轴、动力输出臂，所述定子绕组固定安装于机架，所述固定梁固定安装于定子绕组；所述动力输出臂通过旋转轴安装于固定梁，以使动力输出臂转动配合于固定梁；所述动力输出臂朝向定子绕组的一端设有永磁体；

所述定子绕组为半圆结构，固定梁位于定子绕组的开口位置；

所述动力输出臂的转动面与定子绕组的径向平行。

2.根据权利要求1所述的一种无刷驱动的仿生机器人，其特征在于，所述机架的两侧具有定子绕组的安装槽，所述安装槽的开口尺寸与固定梁的尺寸相配。

3.根据权利要求1所述的一种无刷驱动的仿生机器人，其特征在于，所述定子绕组包括半圆定子及安装于半圆定子之上的绕组。

4.根据权利要求3所述的一种无刷驱动的仿生机器人，其特征在于，所述绕组由导线通过星型连接绕制而成。

5.根据权利要求3或4所述的一种无刷驱动的仿生机器人，其特征在于，所述绕组以预设间距通过防水胶固定于半圆定子的内壁。

6.根据权利要求1所述的一种无刷驱动的仿生机器人，其特征在于，所述固定梁通过防水胶固定安装于定子绕组的开口位置。

7.根据权利要求1所述的一种无刷驱动的仿生机器人，其特征在于，所述机架为轴对称结构，机架两侧的动力机构以机架的对称轴镜像对称。

8.根据权利要求1所述的一种无刷驱动的仿生机器人，其特征在于，所述永磁体通过防水胶固定于动力输出臂的端部。

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