【技术实现步骤摘要】
一种贴片式压电驱动四轮行星探测机器人及其工作方法
:本专利技术提出了一种贴片式压电驱动四轮行星探测机器人及其工作方法,属于压电驱动技术和行星探测机器人
技术介绍
:传统的行星探测机器人均采用轮式移动系统,并且以四轮和六轮结构作为主流设计方案。由于可以借鉴地面轮式机构的设计经验,轮式行星探测机器人系统一直处于最前沿的研究与应用,例如美国的好奇号、勇气号等系列火星探测机器人以及中国的玉兔号探月车均是采用轮式结构。但是目前所提出和开发的行星探测机器人均是利用电磁电机通过减速机构等装置来驱动车轮运动实现移动,因此整个机器人移动系统体积大、结构复杂、控制系统冗余、能耗高,而且难以实现微小型化设计。基于逆压电效应的压电驱动方式在压电陶瓷材料的制备和加工技术得到进一步发展的情况下,可实现驱动结构的结构紧凑、简单、控制系统简单、直接驱动、无电磁干扰、易于小型化等特点,在微型移动机器人领域有着广泛的应用前景。本专利技术提出了一种贴片式压电驱动四轮行星探测机器人及其工作方法,经摩擦直接驱动车轮实现前后运动和转向,无需减速机构,易于小型化,结构简单紧凑,控制系统简单,可在月面或者火星表面等极端环境下工作。
技术实现思路
:针对传统机器人移动系统需要复杂的传动和减速机构致使其难以实现小型化设计的问题,本专利技术提出了一种贴片式压电驱动四轮行星探测机器人及其工作方法,利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能,依靠摩擦力直接驱动车轮旋转,不需要复杂的传动和减速机构,结构简单紧凑,易于实现小型化。本专利技术采用如下技术方案:一种贴片式压电驱动四轮行星探测机器人,由车架组件、竖梁 ...
【技术保护点】
一种贴片式压电驱动四轮行星探测机器人,其特征在于:由车架组件、竖梁、横梁、驱动螺栓(8)和车轮组件(6)组成,所述竖梁包括第一竖梁(1)和第二竖梁(2),横梁包括第一横梁(3)和第二横梁(4),所述车架组件(6)由第一竖梁(1)、第二竖梁(2)、第一横梁(3)、第二横梁(4)、若干纵振压电陶瓷片(7)、若干弯振压电陶瓷片(12)和连接梁(5)组成,所述第一竖梁(1)与第二竖梁(2)平行,第一横梁(3)与第二横梁(4)平行,所述第一竖梁(1)、第二竖梁(2)与第一横梁(3)、第二横梁(4)相互正交,构成了矩形框架结构,所述第一横梁(3)与第二横梁(4)位于第一竖梁(1)和第二竖梁(2)的振动节点处,连接梁(5)的两端分别与第一横梁(3)与第二横梁(4)正交,并且与第一竖梁(1)和第二竖梁(2)平行,所述连接梁(5)设置在第一横梁(3)与第二横梁(4)的振动节点处,第一竖梁(1)和第二竖梁(2)的端部均设置有用于安装驱动螺栓(8)的螺纹孔,所述驱动螺栓(8)端部设置有用于安装与驱动车轮组件(6)的斜面。
【技术特征摘要】
1.一种贴片式压电驱动四轮行星探测机器人,其特征在于:由车架组件、竖梁、横梁、驱动螺栓(8)和车轮组件(6)组成,所述竖梁包括第一竖梁(1)和第二竖梁(2),横梁包括第一横梁(3)和第二横梁(4),所述车架组件(6)由第一竖梁(1)、第二竖梁(2)、第一横梁(3)、第二横梁(4)、若干纵振压电陶瓷片(7)、若干弯振压电陶瓷片(12)和连接梁(5)组成,所述第一竖梁(1)与第二竖梁(2)平行,第一横梁(3)与第二横梁(4)平行,所述第一竖梁(1)、第二竖梁(2)与第一横梁(3)、第二横梁(4)相互正交,构成了矩形框架结构,所述第一横梁(3)与第二横梁(4)位于第一竖梁(1)和第二竖梁(2)的振动节点处,连接梁(5)的两端分别与第一横梁(3)与第二横梁(4)正交,并且与第一竖梁(1)和第二竖梁(2)平行,所述连接梁(5)设置在第一横梁(3)与第二横梁(4)的振动节点处,第一竖梁(1)和第二竖梁(2)的端部均设置有用于安装驱动螺栓(8)的螺纹孔,所述驱动螺栓(8)端部设置有用于安装与驱动车轮组件(6)的斜面。2.如权利要求1所述的贴片式压电驱动四轮行星探测机器人,其特征在于:所述驱动螺栓(8)端部设置有两个斜面,所述车轮组件(6)包括两片车轮(9)、调节螺栓(10)和弹簧(11),所述调节螺栓(10)和弹簧(11)将两片车轮(9)相对设置在驱动螺栓(8)的两个斜面上。3.如权利要求2所述的贴片式压电驱动四轮行星探测机器人,其特征在于:所述第一竖梁(1)、第二竖梁(2)和第一横梁(3)、第二横梁(4)的两端均设置为变幅杆结构,用于放大端部振幅。4.如权利要求3所述的贴片式压电驱动四轮行星探测机器人,其特征在于:两片沿着厚度方向极化的且极化方向相反的压电陶瓷片构成一组纵振压电陶瓷片(7),两片沿着厚度方向极化的且极化方向相同的压电陶瓷片构成一组弯振压电陶瓷片(12),第一横梁(3)和第二横梁(4)分别设置了两组沿着厚度方向极化且极化方向相反纵振压电陶瓷片(7),并且位于同一横梁同一表面的压电陶瓷片的极化方向相反以及两根横梁同一表面的压电陶瓷片的极化方向相同,两组纵振压电陶瓷片(7)均位于第一横梁(3)和第二横梁(4)的纵向振动的节点位置;第一竖梁(1)和第二竖梁(2)分别设置一组沿着厚度方向极化且极化方向相同弯振压电陶瓷片(12),并且位于两根竖梁同一表面的压电陶瓷片的极化方向相同,弯振压电陶瓷片(12)设置在第一竖梁(1)和第二竖梁(2)的弯振振动模态的最大振幅处。5.一种贴片式压电驱动四轮行星探测机器人的工作方法,其特征在于:包括如下步骤1)对4组纵振压电陶瓷片(7)施加第一简谐电压信号可激励出所述第一横梁(3)和第二横梁(4)的2n(n≥1,n为整数)阶纵向振动模态,即第一横梁(3)和第二横梁(4)的一端伸长而另一端缩短,此时第一竖梁(1)和第二竖梁(2)将随着第一横梁(3)和第二横梁(4)的纵向伸长或者缩短而水平向前或者向后刚性平移,即端部的驱动螺...
【专利技术属性】
技术研发人员:王亮,陈迪,金家楣,季瑞南,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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