一种电磁驱动的蠕动机器人

本发明涉及爬行机器人，具体是一种基于交变磁场中结构的受迫振动原理、采用交流电压驱动的电磁驱动的蠕动机器人，特别是可以应用于各类特殊场景的微型足式机器人。

背景技术：

1、微型爬行机器人具有体积小、隐蔽性强和机动性高等特点，在侦察、检测和搜救等领域具有重要应用潜力。在微型爬行机器人微型化至毫米级尺寸，驱动器面临巨大困难。现有毫米级微型爬行机器人有静电驱动、电磁驱动和高压脉冲驱动。其中，高压静电驱动机器人通过在静电场中悬臂梁的横向自激振动，最终产生纵向的平面爬行运动，该机器人无需传动结构，有很好的微型化优势；电磁驱动机器人通过三维电磁线圈与永磁体的线性振动，带动爬行腿产生向前运动的推力；高压脉冲驱动机器人通过在微小型的腔体内产生高压放电，使得腔体膨胀从而作动，通过微型弹簧实现作动后的位移恢复从而形成往复运动，最终带动爬行腿实现平面蠕动爬行。

2、随着对爬行机器人尺寸微型化、任务载荷能力与控制性能的要求不断提高，采用静电自激振动驱动的毫米级微型机器人由于驱动力太小，载荷能力非常有限，且自激振动无法进行控制；而采用三维电磁线圈与永磁体驱动的机器人，由于线圈需要采用mems加工工艺，故制作难度较大，且机器人载荷能力有限，目前仍无法集成能源与控制部件；采用高压脉冲驱动的机器人，由于采用高压放电原理，进一步微型化将导致正负极间漏电，使得无法完成作动，且高压驱动的机器人要实现脱线运动需要复杂的升压电路，故实际应用的难度较大。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明专利的目的在于设计了一种结构简单、载重能力强的毫米级电磁爬行机器人。在使用蓄电池时可实现爬行机器人脱线运动。

2、本发明提出一种电磁驱动的蠕动机器人，包括：前腿组件，其包括前腿框架及位于前腿框架下方的前腿；后腿组件，其包括后腿框架及位于后腿框架下方的后腿；弹性件，其位于前腿组件与后腿组件之间；

3、电磁组件，其至少包括同轴安装的一个永磁铁和一个电磁线圈，在电磁线圈上施加交流电压时，电磁线圈与永磁铁之间产生交变的电磁力，永磁铁相对电磁线圈发生受迫振动；

4、其中，永磁铁安装在后腿框架上而电磁线圈安装在前腿框架，或电磁线圈安装在后腿框架上而永磁铁安装在前腿框架，且电磁组件的轴线从前向后向下倾斜，前腿与后腿均为倾斜安装并在与支撑平面之间且向后的方向上为锐角。

5、通过机身倾角结构设计实现电磁驱动器直接驱动机器人爬行，传统的微型爬行机器人在驱动器与爬行腿之间需要用到传动机构，而直接采用电磁驱动器驱动可以进一步简化设计，从而使得结构简洁，更易于提高机器人的可靠性。

6、优选的是，前腿框架具有前面板，前面板与前腿为一体结构；后腿框架具有后面板，后面板与后腿为一体结构。

7、优选的是，前腿框架由前面板与两个侧板连接而成，后腿框架由后面板与两个侧板连接而成，且前腿框架的两个侧板与后腿框架的两个侧板之间均通过弹性件连接。

8、优选的是，弹性件为弹性膜结构。

9、本发明还提出一种电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，包括：前腿组件，其包括前腿框架及位于前腿框架下方的前腿；后腿组件，其包括后腿框架及位于后腿框架下方的后腿；中间组件，其包括中间框架；

10、弹性件，其位于前腿组件与中间组件之间，及中间组件与后腿组件之间；电磁组件，其至少包括同轴安装的两侧的电磁线圈及中间的永磁铁，两侧的电磁线圈分别安装在前腿框架和后腿框架上，永磁铁安装在中间组件上，通过在两侧的电磁线圈上施加交流电压产生交变的电磁力，使永磁铁相对两侧的电磁线圈发生受迫振动，

11、且电磁组件的轴线从前向后向下倾斜，前腿与后腿均为倾斜安装并在与支撑平面之间且向后的方向上为锐角。

12、优选的，所述的蠕动机器人为毫米级的微形机器人。

13、本发明还提出一种载具，即将两个如前述的所述的电磁驱动的蠕动机器人方向相同、并列设置，通过控制两侧的电磁驱动的蠕动机器人执行载具的转弯或直行运动。

14、本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

15、1)通过电磁驱动的蠕动机器人机身倾角结构设计实现电磁驱动器直接驱动机器人爬行，传统的微型爬行机器人在驱动器与爬行腿之间需要用到传动机构，而直接采用电磁驱动器驱动可以进一步简化设计，从而使得结构简洁，更易于提高机器人的可靠性。

16、2)本发明采用的技术方案简单，首次实现3mm尺寸的爬行机器人在180°翻转的铁磁性表面爬行，且地面爬行速度可达几十倍身长每秒，具有较大的载重能力。

17、3)通过采用机身弹性件连接电磁驱动器的永磁体与电磁线圈，该结构是本毫米级电磁爬行机器人的关键，当弹性件作为弹性关节并采用不同厚度的聚酰亚胺薄膜时，可以调整机器人电磁驱动器的共振频率，从而达到改变最快爬行频率的目的。

18、4)通过多个毫米级爬行单元的串联或并联，能够实现仿软体生物蠕动运动步态和地面多方向复杂的可控运动，本发明的高效驱动单元可通过搭积木的方式进行多单元组合，从而实现复杂的运动轨迹。

技术特征：

1.一种电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，前腿框架(3)具有前面板，前面板与前腿(4)为一体结构；后腿框架(5)具有后面板，后面板与后腿(6)为一体结构。

3.根据权利要求2所述的电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，前腿框架(3)由前面板与两个侧板连接而成，后腿框架(5)由后面板与两个侧板连接而成，且前腿框架(3)的两个侧板与后腿框架(5)的两个侧板之间均通过弹性件(9)连接。

4.根据权利要求3所述的电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，弹性件(9)为弹性膜结构。

5.一种电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，前腿框架(3)具有前面板，前面板与前腿(4)为一体结构；后腿框架(5)具有后面板，后面板与后腿(6)为一体结构。

7.根据权利要求6所述的电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，前腿框架(3)由前面板与两个侧板连接而成，后腿框架(5)由后面板与两个侧板连接而成，且前腿框架(3)的两个侧板与中间组件(10)的两个侧板及中间组件(10)的两个侧板与后腿框架(5)的两个侧板之间均通过弹性件(9)连接。

8.根据权利要求5所述的电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，弹性件(9)为弹性膜结构。

9.根据权利要求1-8任一项所述的电磁驱动的蠕动机器人，其特征在于，所述的蠕动机器人为毫米级的微形机器人。

10.一种载具，包括蓄电池，其特征在于，将两个如权利要求1-8任一项所述的电磁驱动的蠕动机器人方向相同、并列设置，通过控制两侧的电磁驱动的蠕动机器人执行载具的转弯或直行运动。

技术总结本发明公开了一种电磁驱动的蠕动机器人，包括前腿组件，后腿组件，弹性件和电磁组件，该通过电磁驱动的蠕动机器人机身倾角结构设计实现电磁驱动器直接驱动机器人爬行，传统的微型爬行机器人在驱动器与爬行腿之间需要用到传动机构，而直接采用电磁驱动器驱动可以进一步简化设计，从而使得结构简洁，更易于提高机器人的可靠性。技术研发人员：刘志伟,喻贤,闫晓军,冷佳明受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17