CN113070864B - 一种电磁驱动微小型机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁驱动微小型机器人，机械自动化领域，其包括电磁驱动组件，所述电磁驱动组件包括驱动套筒、永磁体组、磁体固定件、空心螺线管、电磁线圈，所述永磁体组为两个；所述驱动套筒包括套筒筒体、分割件、输出连接件，所述套筒筒体呈中空管状，所述分割件设置在套筒筒体内部，所述分割件将套筒筒体内部分割为两个磁体安装腔体，两个磁体安装腔体采用同轴设计；所述永磁体组对应设置在磁体安装腔体内，两个永磁体组靠近分隔件一侧的极性相同；所述磁体固定件与套筒筒体相连且磁体固定件能限制永磁体组与套筒筒体之间的相对运动。本申请能使微小型四足机器人实现稳定步态，填补了国内外在微小型四足机器人动力驱动研究领域的空白。

Description

一种电磁驱动微小型机器人

技术领域

本发明涉及机械自动化领域，尤其涉及微型、小型机器人领域，具体为一种电磁驱动微小型机器人。更具体地，本申请涉及一种电磁驱动机器人，其具有微型、小型的特点。

背景技术

近年来，人们致力于开发可以在狭窄空间等非结构化环境中工作的各类仿生机器人，仿生对象涉及的范围很广，如昆虫、鱼类、小鸡等等。其中，由于足式动物具有环境适应性强、足式运动平稳且运动性能好，以及承载力大等特点，而被广泛研究。

对于微小型足式机器人的研究，重点在于其驱动方式的选择，以及根据不同的驱动方式所设计的机器人结构。Robert等人提出一种基于压电晶片驱动的球面五杆结构，实现了微小型四足机器人的快走步态，但压电材料变形小，需要高输入电压，或者附加结构，才能实现满意的行程。Nima Mahkam等人提出基于微型马达-齿轮传动的足式机器人模块化设计，可根据任务要求，配置不同结构。微型马达所需驱动电压低、速度快，但传动级数多、能量耗损大、机器人也较为笨重。

近年来，针对微小型机器人既要满足较好的运动性能、较小的体积和重量的同时，也要求较好的可控性这一问题，有研究人员提出将电磁原理作为新的驱动机制应用于微小型机器人中。电磁驱动具有响应速度快、体积小、可控性高、成本低等特点，目前已被证明其在微小型机器人上的应用可行性。如Mohammed E. Sayed等人设计了一种基于电磁驱动的仿生贝壳机器人，能以一种滑棒运动方式实现较快的运动，整体重量仅为450g。吴琳琳等人利用电磁线圈通电频率和极性的周期性变化实现对永磁铁精确控制，从而实现一种胶囊机器人稳定可控的运动。此外，B. H. Shin等人利用电磁驱动器的高可控性设计了多级驱动，实现了一种仿蚯蚓运动的蠕动机器人。

尽管电磁驱动目前在微小型机器人上已经得到广泛研究，但对于如微小型足式机器人的应用，可参考的方案还很少。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电磁驱动微小型机器人。发明人从电磁驱动原理出发，构建了电磁驱动组件及机器人结构，通过对驱动器激励特性与机器人的运动进行仿真分析，验证了电磁驱动在微小型四足机器人的应用可行性以及控制方法，使微小型四足机器人具备更高的可控性。本申请提供一种将电磁原理用于微小型四足机器人驱动的新型微小型四足机器人驱动方案，为微小型四足机器人提供足够动力，保障微小型四足机器人实现稳定步态，填补了国内外在微小型四足机器人动力驱动研究领域的空白。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电磁驱动微小型机器人，包括电磁驱动组件，所述电磁驱动组件包括驱动套筒、永磁体组、磁体固定件、空心螺线管、电磁线圈，所述永磁体组为两组；

所述驱动套筒包括套筒筒体、分割件、输出连接件，所述套筒筒体呈中空管状，所述分割件设置在套筒筒体内部，所述分割件将套筒筒体内部分割为两个磁体安装腔体，两个磁体安装腔体采用同轴设计；

所述永磁体组对应设置在磁体安装腔体内，两个永磁体组靠近分隔件一侧的极性相同；所述磁体固定件与套筒筒体相连且磁体固定件能限制永磁体组与套筒筒体之间的相对运动；

所述输出连接件与套筒筒体相连且套筒筒体通过输出连接件能实现动力输出；

所述空心螺线管包括中心管体部、侧边挡板部，所述中心管体部呈中空管状，所述侧边挡板部呈环状，所述侧边挡板部为一组且侧边挡板部设置在中心管体部的两端，所述中心管体部外壁与侧边挡板部之间形成设置电磁线圈的安装槽；

所述电磁线圈设置在安装槽内且电磁线圈能为空心螺线管的永磁体组提供磁场，所述套筒筒体设置在空心螺线管内；

通过改变电磁线圈的电流极性能使磁场方向改变，进而使套筒筒体相对空心螺线管的轴向作往复运动；

单个永磁体组由N个直线型永磁体构成，N为自然数且N≥1；

当N≥2时，永磁体依次相连构成永磁体组且永磁体组内所有永磁体的朝向相同。

当N≥2时，在永磁体组内，多个直线型永磁体依次通过磁力相连构成直线型永磁体组。采用该方式，当单个直线型永磁体不足以提供机器人运动所需的驱动位移和电磁力时，可通过永磁体串联，满足永磁体组相应的驱动要求。

所述分割件设置在套筒筒体的中心处，所述分割件将套筒筒体内部分割为两个一端开口的磁体安装腔体且两个磁体安装腔体的开口相反。

所述磁体固定件为与磁体安装腔体的开口相配合的封口塞，所述封口塞设置在磁体安装腔体的开口上且封口塞能将永磁体组与套筒筒体相对卡紧。

所述分隔件呈片状；或分割件呈杆状，杆状分隔件的两端分别与套筒筒体相连为一体，套筒筒体内部由若干个杆状分隔件分为两个磁体安装腔体。

所述分割件呈圆形片状。

所述套筒筒体呈圆管状，所述输出连接件呈杆状，所述输出连接件为一组且输出连接件对称设置在套筒筒体外壁上。

所述中心管体部呈中空圆管状，所述侧边挡板部呈圆环形。

所述侧边挡板部上设置有用于与电磁线圈相配合的穿线孔。

所述电磁线圈的一端经侧边挡板部的一个穿线孔后，缠绕在电磁线圈的安装槽内，再进侧边挡板部的另一个穿线孔引出。

还包括支撑组件、运动组件，所述支撑组件包括底座，所述电磁驱动组件与底座相连且底座能为电磁驱动组件提供支撑，所述运动组件与底座铰接且运动组件能相对底座运动，所述电磁驱动组件通过输出连接件与运动组件相连且电磁驱动组件能带动运动组件相对底座运动；

所述运动组件为2N组，N为自然数且N≥2，所述运动组件均布于底座上且运动组件能带动底座运动；

或所述底座的下端面设置有支撑腿，所述运动组件为M组，M为自然数且M≥1，支撑组件一端以支撑腿为支撑且能通过运动组件带动支撑组件运动。

所述运动组件为四组，所述运动组件均布于底座上且四组运动组件能带动底座运动；

或所述底座的下端面设置有支撑腿，所述运动组件为两组，所述运动组件设置在底座的一侧，所述支撑腿设置在底座的另一侧且两组运动组件能带动底座运动。

所述支撑腿为两个且支撑腿并列设置在底座的下端面上。

所述支撑组件还包括支杆支座，所述支杆支座设置在底座的上端面上；

所述运动组件包括运动连杆、运动腿，所述运动腿包括纵向连接部、水平转动杆、水平连接部、V型运动部；

所述水平转动杆与纵向连接部相连，所述水平转动杆与支杆支座铰接且运动腿通过水平转动杆能相对支杆支座转动；所述纵向连接部的一端与运动连杆相连，所述纵向连接部的另一端与水平连接部相连；

将纵向连接部与运动连杆的连接处记为第一连接点，将纵向连接部与水平连接部的连接处记为第二连接点，将水平转动杆与纵向连接部的连接处位于第三连接点，所述第三连接点位于第一连接点与第二连接点之间；

所述V型运动部与水平连接部相连且纵向连接部通过水平连接部能带动V型运动部相对底座运动。

所述支杆支座与底座采用一体成型。

所述纵向连接部、水平转动杆、水平连接部、V型运动部采用一体成型。

所述第二连接点所在水平面位于第一连接点所在水平面的上方；

所述V型运动部的夹角为钝角，所述V型运动部的开口朝向底座。

所述运动连杆的一端与输出连接件相连，所述运动连杆的另一端与纵向连接部相连且电磁驱动组件通过输出连接件、运动连杆的配合能带动运动腿相对底座运动以实现电磁驱动微小型机器人的运动。

所述运动连杆为Y型运动连杆，所述Y型运动连杆包括第二平行连杆、第二中心连杆、第二转动杆，所述第二平行连杆为两个且第二平行连杆相互平行设置；所述输出连接件呈杆状，所述第二平行连杆的一端设置有与输出连接件相配合的第二平行连接孔，所述第二中心连杆设置在第二平行连杆的另一端，所述第二转动杆与第二中心连杆相连；

所述纵向连接部上设置有与第二转动杆相配合的纵向连接孔，所述第二转动杆与纵向连接孔铰接且Y型运动连杆通过第二转动杆与纵向连接孔的配合能带动运动腿相对支杆支座转动。

所述支杆支座上设置有连杆凹槽，所述支撑组件还包括与连杆凹槽相配合的端盖，所述端盖与支杆支座之间通过销进行固定卡紧，所述连杆凹槽与端盖之间形成设置水平转动杆的连杆安装孔，所述水平转动杆通过连杆安装孔与支杆支座铰接。

所述空心螺线管还包括与侧板挡板固定连接的螺线管支座，所述底座的上端面设置有与螺线管支座相配合的定位槽且空心螺线管通过螺线管支座与定位槽的配合能实现空心螺线管的精确安装。

所述运动组件为四组，两组运动组件设置在底座一侧，剩余两组运动组件设置在底座的另一侧。

所述中心管体部沿垂直于其轴向的剖面呈圆形。

所述底座上设置有工艺孔。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中电磁驱动微小型机器人的立体状态示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1的俯视图。

图4为支撑组件的结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为端盖的示意图。

图7为驱动套筒的主视图。

图8为图7的侧视图。

图9为封口塞的主视图。

图10为空心螺线管的主视图。

图11为图10的俯视图。

图12为运动连杆的俯视图。

图13为图12的侧视图。

图14为运动腿的立体示意图。

图15为图14的主视图。

图16为图14的侧视图。

图17为电磁驱动器Comsol仿真模型图。

图18为电磁驱动器激励特性结果图。

图19为机器人的运行状态图。

图20为运动腿的受力分析示意图。

图21为机器人运动中电磁驱动组件上的负载力变化图。

图22为机器人运动速度与电磁驱动组件驱动位移的关系图。

图23为机器人在平面上（坡度为0°）的运动性能图。

图24为机器人在平面上（坡度为5°）的运动性能图。

图中标记：1、支撑组件，2、电磁驱动组件，3、运动组件，4、底座，5、支撑腿，6、支杆支座，7、端盖，8、运动连杆，9、运动腿，10、定位槽，11、工艺孔，20、驱动套筒，21、磁体固定件，22、空心螺线管，23、电磁线圈，24、套筒筒体，25、分割件，26、输出连接件，31、中心管体部，32、侧边挡板部，33、螺线管支座，40、第二平行连杆，41、第二中心连杆，42、第二转动杆，51、纵向连接部，52、水平转动杆，53、水平连接部，54、V型运动部。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图所示，本实施例提供一种电磁驱动组件，其利用磁场间的相互作用，实现相应的动力输出。

电磁驱动组件包括驱动套筒、永磁体组、磁体固定件、空心螺线管、电磁线圈。驱动套筒包括套筒筒体、分割件、输出连接件，套筒筒体为中空圆管状管体，分割件呈圆形片状，输出连接件呈杆状，输出连接件为两个且输出连接件对称设置在套筒筒体外壁上，套筒筒体通过输出连接件能实现动力输出。分割件设置在套筒筒体内部中心处，分割件将套筒筒体内部分割为两个磁体安装腔体，两个磁体安装腔体采用同轴设计。本实施例中，永磁体组为两个，永磁体组对应设置在磁体安装腔体内，两个永磁体组靠近分隔件一侧的极性相同。磁体固定件选用与磁体安装腔体的开口相配合的封口塞，封口塞设置在磁体安装腔体的开口上，且封口塞能将永磁体组与套筒筒体相对卡紧。采用该结构，封口塞能限制永磁体组与套筒筒体之间的相对运动。在实际制作时，若采用单个直线型永磁体作为实施例中的永磁体组，是可行的，但需定制，成本较高。为此，本实施例的单个永磁体组由三个圆柱状直线型永磁体串联而成，永磁体组内所有永磁体的朝向相同，其既能满足要求，又大幅降低了制作成本。

空心螺线管包括中心管体部、侧边挡板部、螺线管支座，中心管体部呈中空圆管状，侧边挡板部呈圆环形。侧边挡板部为一组，且侧边挡板部设置在中心管体部的两端，中心管体部外壁与侧边挡板部之间形成设置电磁线圈的安装槽，螺线管支座与侧板挡板固定连接。同时，侧边挡板部上设置有穿线孔；电磁线圈的一端经侧边挡板部的一个穿线孔后，缠绕在电磁线圈的安装槽内，再进侧边挡板部的另一个穿线孔引出。采用穿线孔能便于电磁线圈的引线，便于接后面的元器件。电磁线圈设置在安装槽内，且电磁线圈能为空心螺线管的永磁体组提供磁场，套筒筒体设置在空心螺线管内；通过改变电磁线圈的电流极性能使磁场方向改变，进而使套筒筒体相对空心螺线管的轴向作往复运动。

根据电磁感应现象，对多匝电磁线圈通交/直流电，会在螺线管附近产生不同极性的磁场，而放置在驱动套筒内的永磁体组会在磁场的作用下，产生一定频率的周期性直线运动。在永磁体组运动过程中，避免永磁体组与驱动套筒发生相对运动，使用封口塞限制永磁体组运动方向上的自由度。在这种驱动方式下，可通过周期性地调节输入激励电流，而产生周期性的直线位移输出。

进一步，本实施例提供一种电磁驱动微小型机器人，其包括支撑组件、运动组件、电磁驱动组件。本实施例采用两个电磁驱动组件，作为动力源。本实施例中，支撑组件包括底座、支撑腿、支杆支座，支撑腿为两条且并列设置在底座的下端面上，且两条支撑腿位于底座的一侧；运动组件为两组，运动组件设置在底座的另一侧。该结构中，支撑腿与地面接触，用于为底座提供支撑，而两组运动组件则能带动底座运动。同时，支杆支座设置在底座的上端面上；底座的上端面设置有与螺线管支座相配合的定位槽，空心螺线管通过螺线管支座与定位槽的配合，能实现空心螺线管的精确安装。优选地，底座上设置有工艺孔，以减轻机器人的重量。本实施例中，支杆支座与底座采用一体成型。

进一步，运动组件包括运动连杆、运动腿。本实施例中，运动连杆选用Y型运动连杆，Y型运动连杆包括第二平行连杆、第二中心连杆、第二转动杆，第二平行连杆为两个且第二平行连杆相互平行设置；第二平行连杆的一端设置有与呈杆状的输出连接件相配合的第二平行连接孔，第二中心连杆设置在第二平行连杆的另一端，第二转动杆与第二中心连杆相连。

运动腿包括纵向连接部、水平转动杆、水平连接部、V型运动部，V型运动部的夹角为钝角，V型运动部的开口朝向底座。水平转动杆与纵向连接部相连，水平转动杆与支杆支座铰接，且运动腿通过水平转动杆能相对支杆支座转动。本实施例中，支杆支座上设置有连杆凹槽，支撑组件还包括与连杆凹槽相配合的端盖，端盖与支杆支座之间通过销进行固定卡紧，连杆凹槽与端盖之间形成设置水平转动杆的连杆安装孔，水平转动杆通过连杆安装孔与支杆支座铰接。

纵向连接部的一端与运动连杆相连，纵向连接部的另一端与水平连接部相连。将纵向连接部与运动连杆的连接处记为第一连接点，将纵向连接部与水平连接部的连接处记为第二连接点，将水平转动杆与纵向连接部的连接处位于第三连接点，第三连接点位于第一连接点与第二连接点之间，第二连接点所在水平面位于第一连接点所在水平面的上方。V型运动部与水平连接部相连，且纵向连接部通过水平连接部能带动V型运动部相对底座运动。本实施例中，纵向连接部、水平转动杆、水平连接部、V型运动部采用一体成型。

纵向连接部上设置有与第二转动杆相配合的纵向连接孔，第二转动杆与纵向连接孔铰接，且Y型运动连杆通过第二转动杆与纵向连接孔的配合能带动运动腿相对支杆支座转动。该结构中，运动连杆的一端通过其上的第二平行连接孔与输出连接件相连，运动连杆的另一端通过第二转动孔与纵向连接部相连；电磁驱动组件通过输出连接件、运动连杆的配合，能带动运动腿相对底座运动，以实现电磁驱动微小型机器人的运动。

该结构中，电磁驱动组件与底座相连，且底座能为电磁驱动组件提供支撑；运动组件与底座铰接，且运动组件能相对底座运动；电磁驱动组件通过输出连接件与运动组件相连，且电磁驱动组件能带动运动组件相对底座运动。

每个微小型四足机器人携带两个电磁驱动组件作为动力源，每个电磁驱动组件通过运动连杆对应与一条运动腿相连，运动连杆将电磁驱动组件的直线运动形式转换为机器人实现步态所需的旋转运动形式后，运动腿运动带动整个机器人前进。本实施例中，驱动套筒、磁体固定件、空心螺线管、运动连杆、运动腿、支撑组件分别采用高精度3D打印机打印制作。

在一个实例中，电磁线圈由0.3mm线径漆包线沿空心螺线管绕制而成。空心螺线管正面投影为“工”字形；驱动套筒中心开通孔，用于放置内置直径6mm、长度5mm的永磁体；为了避免驱动套筒与永磁体之间产生相对运动，在驱动套筒末端设置封口塞。进一步的，驱动套筒的初始位置设置在空心螺线管端口处（电磁线圈通电后，空心螺线管端口处的磁场最强）。中心管体部两端各设计厚度为1.5mm，内孔直径为7mm，外圆直径为12mm的侧边挡板部。同时，保证线圈在绕制过程中的均匀性（电磁线圈的匝数为500）。

进一步的，电磁线圈通电，电磁线圈两端产生磁场，将会对内置于驱动套筒中的永磁体组产生电磁吸引力或排斥力；在这种电磁力的驱动下，将带动运动连杆运动，进而带动与运动连杆铰接的支撑腿运动，实现机器人腿部动作。该结构中，驱动套筒在电磁力的作用下做平移运动，运动连杆在驱动套筒的推动下做所在平面的平动。运动腿为带动机器人前进的关键零件，运动腿外侧主体大致呈“>”符号型；为保证运动腿在运动过程中在地面上有足够的抓地力，足端设计为钩爪状，增大足端与地面的摩擦。进一步的，为保证在运动过程中，底座不与地面发生干涉，当运动腿运动到最高处时，运动腿足端与底座下表面之间的垂直距离为8mm。

输出连接件与运动连杆之间、运动连杆与纵向连接部之间、水平转动杆与支杆支座之间采用铰接的方式连接在一起，内置永磁体组的驱动套筒在电磁力的作用下可实现周期性直线位移。本实施例中，运动连杆正面投影大致呈“Y”型，前端为“Y”的上半部分，其左右两部分第二平行连杆各有一第二平行连接孔与输出连接件铰接，即在驱动套筒的推动下在所在平面做平移运动。运动连杆后端是“Y”的下半部分，末端处有一第二转动杆与运动腿铰接。进一步的，运动腿通过水平转动杆与支杆支座铰接，并在端盖的作用下固定位置。

在此，对本实施例的机器人进行进一步分析。

首先通过Comsol多物理场仿真构建采用6mm直径、5mm厚度永磁体的电磁驱动组件，如图3所示。再根据法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程组理论，得到电磁驱动力与设计参数的推导关系式，如下式（1）-式（3）所示：

（1），

（2），

由麦克斯韦方程组知电磁力，具体如下：

（3），

式中，U为线圈输入电压，I(i)为线圈电流，R为线圈内阻，为磁路磁链，N为线圈匝数，/>为永磁体位移，/>为气隙中的磁通，t为时间。

在具体分析电磁驱动力与设计参数的变化关系时，将系统拟合成二阶弹簧-阻尼器-质量系统进行动力学分析（式（4）），得到永磁体组速度（式（5））、位移的微分方程（式（6）），具体如下：

（4），

（5），

（6）。

式中，M为永磁体组质量，p为永磁体组运动位移，D为阻尼系数，k为弹簧系数，F _电磁 为电磁力，v为永磁体组运动速度，t为时间。

基于以上理论，电磁驱动组件在周期方波激励下，得到电磁驱驱位移在不同激励电流（图18-a）、不同匝数（图18-b）的不同大小；电磁驱动力在激励电流（图18-c）、不同匝数（图18-d）的不同大小。

在得到该尺寸下电磁驱动组件的激励特性后，基于此电磁驱动组件构建出微小型四足机器人模型。其中，在考虑如何将电磁驱动组件的直线自由度转化为足式机器人腿部的旋转自由度，

设计了一种运动连杆，用以连接电磁驱动组件与运动腿，在电磁驱动组件的驱动下，运动腿的水平转动杆能绕支杆支座转动。而机器人的运动正是基于这种摆动实现的。结构设计决定机器人运动方式，具体来说，基于可变摩擦的前向爬行步态的运动方式如图19所示；从状态1到状态2的过渡过程中，两条支撑腿固定，两条运动腿逆时针转动，并向前抬起；同样的，在状态2到状态1的过程中，两条运动腿顺时针转动，作用于地面，两只支撑腿向前滑动；这两个运动构成一个运动周期。机器人运动腿摆动的角度与电磁驱动组件的驱动位移相关，根据图20所构建的运动腿运动分析模型，可得机器人运动腿的摆动角度与电磁驱动位移之间的关系，如下式7所示：

（7），

其中，为纵向连接部的摆动角，/>为运动连杆与X轴的夹角，/>为水平转动杆至第一连接点之间的长度， />为含封口塞与永磁体组的驱动套筒的质量，/>为永磁体组移动位移。由运动学方程知，通过控制永磁体组移动位移 />与变化频率，可实现机器人足端位置控制。

基于此运动方程，利用Adams搭建仿真环境，通过控制电磁驱动组件伸缩杆（即电磁驱动组件的驱动套筒）前后运动的位移及其频率，去控制机器人运动腿摆动角度的幅度与频率。根据仿真实验，得出该尺寸下的微小型四足机器人的控制方法为：在一个步态周期内，伸缩杆正向位移4mm，运动时间为0.01秒，在此过程中，伸缩杆通过运动连杆带动运动腿向上抬腿；正向位移至极限位置后，保持伸缩杆位置不变，持续0.01秒，在此过程中，机器人整体在重力作用下下落一定距离；当机器人下落至合适位置时，伸缩杆反向运动至原位置，此过程所需时间为0.05秒。在伸缩杆反向运动过程中，运动连杆带动运动腿向下收腿，足端与地面接触产生摩擦，通过摩擦力作用，带动机器人整体运动。进一步的，重复以上单个周期的控制程序，设置多个运动周期，将实现机器人以一种爬行步态稳定运动。

图21给出了机器人运动中电磁驱动组件上的负载力变化图，图22给出了机器人运动速度与电磁驱动组件驱动位移的关系图。本实施例中，驱动位移设置为4mm左右较好，速度为3.5cm/s左右。为了测试机器人爬坡能力，分别在0°、5°平面上运动，在5°时速度为1.625cm/s。图23给出了机器人在平面上（坡度为0°）的运动性能图，图24机器人在坡面上（坡度为5°）的运动性能图。

综上所述，Comsol与Adams仿真的联立结合的目的在于，先得到该尺寸下电磁驱动组件的驱动性能，再根据机器人实现稳定可控运动的基础上，电磁驱动力与驱动位移是否能够满足此运动要求。仿真结果证明，此设计方案是可行的。进一步，按照前述方法，通过四个运动组件进行不同步距、步频、抬腿/落脚相位的控制，实现其他不同的步态。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种电磁驱动微小型机器人，其特征在于，包括电磁驱动组件，所述电磁驱动组件包括驱动套筒、永磁体组、磁体固定件、空心螺线管、电磁线圈，所述永磁体组为两个；

所述驱动套筒包括套筒筒体、分割件、输出连接件，所述套筒筒体呈中空管状，所述分割件设置在套筒筒体内部，所述分割件将套筒筒体内部分割为两个磁体安装腔体，两个磁体安装腔体采用同轴设计；

所述永磁体组对应设置在磁体安装腔体内，两个永磁体组靠近分隔件一侧的极性相同；所述磁体固定件与套筒筒体相连且磁体固定件能限制永磁体组与套筒筒体之间的相对运动；

所述输出连接件与套筒筒体相连且套筒筒体通过输出连接件能实现动力输出；

所述空心螺线管包括中心管体部、侧边挡板部，所述中心管体部呈中空管状，所述侧边挡板部呈环状，所述侧边挡板部为一组且侧边挡板部设置在中心管体部的两端，所述中心管体部外壁与侧边挡板部之间形成设置电磁线圈的安装槽；

所述电磁线圈设置在安装槽内且电磁线圈能为空心螺线管的永磁体组提供磁场，所述套筒筒体设置在空心螺线管内；

通过改变电磁线圈的电流极性能使磁场方向改变，进而使套筒筒体相对空心螺线管的轴向作往复运动；

单个永磁体组由N个直线型永磁体构成，N为自然数且N≥1；

当N≥2时，永磁体依次相连构成永磁体组且永磁体组内所有永磁体的朝向相同；

还包括支撑组件、运动组件，所述支撑组件包括底座，所述电磁驱动组件与底座相连且底座能为电磁驱动组件提供支撑，所述运动组件与底座铰接且运动组件能相对底座运动，所述电磁驱动组件通过输出连接件与运动组件相连且电磁驱动组件能带动运动组件相对底座运动；

所述运动组件为2N组，N为自然数且N≥2，所述运动组件均布于底座上且运动组件能带动底座运动；

或所述底座的下端面设置有支撑腿，所述运动组件为M组，M为自然数且M≥1，支撑组件一端以支撑腿为支撑且能通过运动组件带动支撑组件运动；

所述支撑组件还包括支杆支座，所述支杆支座设置在底座的上端面上；

所述运动组件包括运动连杆、运动腿，所述运动腿包括纵向连接部、水平转动杆、水平连接部、V型运动部；

所述水平转动杆与纵向连接部相连，所述水平转动杆与支杆支座铰接且运动腿通过水平转动杆能相对支杆支座转动；所述纵向连接部的一端与运动连杆相连，所述纵向连接部的另一端与水平连接部相连；

将纵向连接部与运动连杆的连接处记为第一连接点，将纵向连接部与水平连接部的连接处记为第二连接点，将水平转动杆与纵向连接部的连接处位于第三连接点，所述第三连接点位于第一连接点与第二连接点之间；

所述V型运动部与水平连接部相连且纵向连接部通过水平连接部能带动V型运动部相对底座运动；

所述第二连接点所在水平面位于第一连接点所在水平面的上方；

所述V型运动部的夹角为钝角，所述V型运动部的开口朝向底座；

所述运动连杆的一端与输出连接件相连，所述运动连杆的另一端与纵向连接部相连且电磁驱动组件通过输出连接件、运动连杆的配合能带动运动腿相对底座运动以实现电磁驱动微小型机器人的运动。

2.根据权利要求1所述电磁驱动微小型机器人，其特征在于，所述侧边挡板部上设置有用于与电磁线圈相配合的穿线孔。

3.根据权利要求1所述电磁驱动微小型机器人，其特征在于，所述运动组件为四组，所述运动组件均布于底座上且四组运动组件能带动底座运动；

或所述底座的下端面设置有支撑腿，所述运动组件为两组，所述运动组件设置在底座的一侧，所述支撑腿设置在底座的另一侧且两组运动组件能带动底座运动。

4.根据权利要求1所述电磁驱动微小型机器人，其特征在于，所述运动连杆为Y型运动连杆，所述Y型运动连杆包括第二平行连杆、第二中心连杆、第二转动杆，所述第二平行连杆为两个且第二平行连杆相互平行设置；所述输出连接件呈杆状，所述第二平行连杆的一端设置有与输出连接件相配合的第二平行连接孔，所述第二中心连杆设置在第二平行连杆的另一端，所述第二转动杆与第二中心连杆相连；

所述纵向连接部上设置有与第二转动杆相配合的纵向连接孔，所述第二转动杆与纵向连接孔铰接且Y型运动连杆通过第二转动杆与纵向连接孔的配合能带动运动腿相对支杆支座转动。

5.根据权利要求1~4任一项所述电磁驱动微小型机器人，其特征在于，所述支杆支座上设置有连杆凹槽，所述支撑组件还包括与连杆凹槽相配合的端盖，所述端盖与支杆支座之间通过销进行固定卡紧，所述连杆凹槽与端盖之间形成设置水平转动杆的连杆安装孔，所述水平转动杆通过连杆安装孔与支杆支座铰接。

6.根据权利要求1~4任一项所述电磁驱动微小型机器人，其特征在于，所述空心螺线管还包括与侧边挡板部固定连接的螺线管支座，所述底座的上端面设置有与螺线管支座相配合的定位槽且空心螺线管通过螺线管支座与定位槽的配合能实现空心螺线管的精确安装。

7.根据权利要求5所述电磁驱动微小型机器人，其特征在于，所述空心螺线管还包括与侧边挡板部固定连接的螺线管支座，所述底座的上端面设置有与螺线管支座相配合的定位槽且空心螺线管通过螺线管支座与定位槽的配合能实现空心螺线管的精确安装。