專利名稱：平面解耦直線兩自由度微移動機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機器人技術領域，具體說是一種解耦實現(xiàn)平面X、Y直線兩自由度微移動機器人。
隨著科學技術的發(fā)展，微動機器人技術已成為機器人技術領域中前沿重點研究技術之一。微動機器人技術在民用和軍用方面具有重要的應用前景，如應用在醫(yī)學生物工程的微操作系統(tǒng)，激光打印機反射鏡面的精密加工，光陀螺反射鏡面的精密加工等。因此，國際上許多學者和企業(yè)界非常重視微動機器人技術的研究。目前機器人微動位移，主要基于沖擊驅(qū)動法、尺蠖驅(qū)動法，并已研究出相應的微動機器人。其中，靜崗大學青山尚之(作者)通過小型同步機械人生產(chǎn)超高精密生產(chǎn)機械系統(tǒng)(小型同走機械群にょる超精密生產(chǎn)機械システム)，精密工學會志64/6(1998)公開了一種以“尺蠖驅(qū)動法”為原理的微型機器人，它由前后兩個電磁吸盤分別連接兩條腿，通過中間壓電晶體作收縮動作，向前行走，運動速度及效率不高。東京大學樋口(作者)沖程驅(qū)動機構潤滑面上的移動特性(インパクト驅(qū)動機構の潤滑面上じおける移動特性)，精密工學會志61-3(1995)公開了一種以沖擊驅(qū)動法為原理的微移動機器人，它是用壓電晶體將一物體與本體連結起來，控制壓電晶體突然收縮，機器人本體便獲得一個慣性力，在此慣性力作用下使機器人本體行走，精度較高，但效率不理想。另外日本熊本縣工業(yè)技術中心，各和男(作者)用壓電振動的移動機械及摩擦模式(壓電振動を用じた移動機械さその摩擦モデル)，精密工學會志57/8-1991公開了一種振動法行走微型機器人，原理是當機器人受到一定頻率振動時便向前行走，精度低，運動不易控制。中國專利申請01211843.5公開一種采用碰撞驅(qū)動法實現(xiàn)微移動的直線微移動機器人，由并置的兩個電磁鐵和移動本體構成，小巧靈活，精度高，效率高，但只能實現(xiàn)單方向前進的微移動，不夠靈活。
本實用新型的目的在于提供一種可沿X、Y軸作往復微移動的平面解耦直線兩自由度微移動機器人。
本實用新型的技術方案是包括四個相鄰垂直、相對同軸的電磁鐵A、B、C、D、作為驅(qū)動體的銜鐵及移動本體，電磁鐵A、B、C、D的外殼與移動本體固連在一起，電磁鐵A與電磁鐵C相對設置、同軸安裝，電磁鐵B與電磁鐵D相對設置、同軸安裝，且電磁鐵A、C的軸線與電磁鐵B、D的軸線相互垂直；銜鐵安裝在電磁鐵的電磁線圈與彈簧中間，在將四個電磁鐵A、B、C、D與移動本體固連時，使彈簧產(chǎn)生一定壓縮量，保證銜鐵在彈簧單獨作用下，即電磁鐵不通電情況下，始終與移動本體接觸連接；在移動本體十字頂點底面安裝有四個高精度鋼球，安裝時所述電磁鐵A、B、C、D軸線構成的平面與四個鋼球頂點構成的平面保持平行。
本實用新型具有如下優(yōu)點1.由于采用“碰撞驅(qū)動法”及四個電磁鐵如圖所示的位置設計，因而易于實現(xiàn)沿X、Y軸兩自由度直線微動，且直線微移動范圍不限。
2.本實用新型由于基于“碰撞驅(qū)動法”，以電磁鐵作為驅(qū)動元件，使得微動機器人整體結構簡單緊湊，易制作，運動精度高，且制作成本低。


圖1為本實用新型主視圖。
圖2為本實用新型俯視圖。
以下結合附圖和實施例對本實用新型結構和原理作進一步詳細說明。
本實用新型的構成如
圖1、2所示，包括四個相鄰垂直、相對同軸的電磁鐵A1、B2、C3、D4、作為驅(qū)動體的銜鐵11及移動本體5，電磁鐵A1、B2、C3、D4的外殼與移動本體5固連在一起，電磁鐵A1與電磁鐵C3相對設置、同軸安裝，電磁鐵B2與電磁鐵D4相對設置、同軸安裝，且電磁鐵A1、C3的軸線與電磁鐵B2、D4的軸線相互垂直；銜鐵11(驅(qū)動體)安裝在電磁鐵的電磁線圈10與彈簧12中間，在將四個電磁鐵A1、B2、C3、D4與移動本體5固連時，使彈簧12產(chǎn)生一定壓縮量，保證銜鐵11在彈簧12單獨作用下(電磁鐵不通電)，始終與移動本體5接觸連接；在移動本體5十字頂點底面安裝有四個高精度鋼球6，安裝時所述電磁鐵A1、B2、C3、D4軸線構成的平面與四個鋼球6頂點構成的平面保持平行。
“碰撞驅(qū)動法”，這是依據(jù)碰撞運動中動量及功能守恒原理得出的。本實用新型即是基于“碰撞驅(qū)動法”驅(qū)動的平面解耦X、Y直線兩自由度微動機器人，其運動方程為S=(m1m1+m2)2xgf(a1(e1+1)2-a2(e2+1)2)]]>式中S為移動本體5移動位移，x為銜鐵11位移；m1為銜鐵11質(zhì)量；m1＋m2為移動本體5質(zhì)量；a1、a2為銜鐵11加速度；e1、e2為材料恢復系數(shù)；f為摩擦系數(shù)；g為重力加速度。
本實用新型的微移動原理如下當電磁鐵A1(或電磁鐵B2)通電后，產(chǎn)生的電磁力作用在銜鐵11上，使之以一定速度撞向電磁線圈10，直到碰撞到電磁線圈10為止，同時壓縮彈簧12；當斷掉電磁鐵A1(或電磁鐵B2)的電后，銜鐵11便在彈簧力的作用下，以一定速度向移動本體5運動，直到碰撞到移動本體5。根據(jù)“碰撞驅(qū)動法”原理，移動本體5最終向右(或左)產(chǎn)生微小位移(X軸)；同樣控制電磁鐵B2(或電磁鐵D4)通斷電，可使移動本體5向下(或上)產(chǎn)生微小位移(Y軸)；據(jù)此，便可控制本實用新型實現(xiàn)沿X、Y軸直線微移動。
權利要求1.一種平面解耦直線兩自由度微移動機器人，其特征在于包括四個相鄰垂直、相對同軸的電磁鐵A、B、C、D(1、2、3、4)、作為驅(qū)動體的銜鐵(11)及移動本體(5)，電磁鐵A、B、C、D(1、2、3、4)的外殼與移動本體(5)固連在一起，電磁鐵A(1)與電磁鐵C(3)相對設置、同軸安裝，電磁鐵B(2)與電磁鐵D(4)相對設置、同軸安裝，且電磁鐵A、C(1、3)的軸線與電磁鐵B、D(2、4)的軸線相互垂直；銜鐵(11)安裝在電磁鐵的電磁線圈(10)與彈簧(12)中間，在將四個電磁鐵A、B、C、D(1、2、3、4)與移動本體(5)固連時，使彈簧(12)產(chǎn)生一定壓縮量，保證銜鐵(11)在彈簧(12)單獨作用下，即電磁鐵不通電情況下，始終與移動本體(5)接觸連接。
2.按照權利要求1所述平面解耦直線兩自由度微移動機器人，其特征在于在移動本體(5)十字頂點底面安裝有四個高精度鋼球(6)，安裝時所述電磁鐵A、B、C、D(1、2、3、4)軸線構成的平面與四個鋼球(6)頂點構成的平面保持平行。
專利摘要本實用新型公開一種平面解耦直線兩自由度微移動機器人。包括四個相鄰垂直、相對同軸的電磁鐵A、B、C、D、作為驅(qū)動體的銜鐵及移動本體,電磁鐵A、B、C、D的外殼與移動本體固連在一起,電磁鐵A與電磁鐵C相對設置、同軸安裝,電磁鐵B與電磁鐵D相對設置、同軸安裝,電磁鐵A、C的軸線與電磁鐵B、D的軸線相互垂直;銜鐵安裝在電磁線圈與彈簧中間。它可沿X、Y軸作往復微移動。
文檔編號B25J11/00GK2471489SQ0124112
公開日2002年1月16日 申請日期2001年4月11日 優(yōu)先權日2001年4月11日
發(fā)明者李小凡, 王 忠, 姚辰, 原培章 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所