集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人。其特点在于本发明专利技术的电机同时具备了连接功能和运动功能，原本模块化机器人系统中同时需要运动系统和连接系统两套功能系统，采用本发明专利技术只需要一套系统就可以实现全部功能。本发明专利技术的电机非常节能，依靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场来实现连接；当运动时，本发明专利技术的电机每次移动的时候只需要提供一个能耗很小的脉冲电流，改变铝镍钴合金磁铁的磁场方向，依靠磁场力的作用运动。本发明专利技术的模块化机器人，可组成一个完整的模块化机器人平台，用于搭载其它传感器或者执行器完成特定任务。同时，由于其制作简单，也可以用于研究模块化机器人的相关运动和控制算法。

Motor with connection and movement function and modular robot for its application

The invention discloses a motor with a connection and movement function and a modular robot applying the same. It is characterized in that the motor of the present invention has the connection function and motor function, also need to exercise system originally modular robot system and connection system two sets of functions of the system, the invention only needs a set of system can realize all functions. The motor of the invention is energy-saving, rely on aluminium nickel cobalt alloy NdFeB magnets and magnet alloy's magnetic field to realize the connection; when the movement, the motor moves every time just need to provide a very small energy pulse current, magnetic field direction change of the alnico magnet, the effect of movement on magnetic force. The modular robot of the present invention can form a complete modular robot platform for carrying other sensors or actuators to perform specific tasks. At the same time, it can be used to study the relative motion and control algorithm of modular robot because of its simple manufacture.

【技术实现步骤摘要】
集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人
本专利技术涉及机器人的电机驱动领域，尤其是一种可用于模块化机器人的同时具备连接和运动功能的新型电控永磁电机。
技术介绍
模块化机器人是一种可根据不同的任务或者不同的工作环境改变自身构型的机器人，它由多个独立的具有一定运动和感知能力的基本模块组成，可以通过模块之间的连接和断开操作实现构型的改变，从而适应不同的任务需求或者是完成特定的运动。连接能力和运动能力是基本模块的最重要的两个功能，而且它们往往是单独存在的，通过不同的部件去实现。模块化机器人连接系统和运动系统的小型化、节能化以及简单化一直是这个领域研究的重点。现有技术中，模块化机器人之间的可控连接方式主要有电磁铁和机械锁。但是这两种连接方式都存在各自的缺陷，比如电磁铁需要连续的供电，对能量要求极高。机械锁结构复杂，制造成本高，且响应速度较慢。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种同时具备连接功能和运动功能的新型电控永磁电机及其应用的模块化机器人。其特点在于，由多个被线圈缠绕的镍钴合金磁铁、钕铁硼合金磁铁和脉冲控制电路组成。通过控制脉冲电流的方向改变镍钴合金磁铁的磁场方向，让镍钴合金磁铁与钕铁硼合金磁铁形成吸力或者磁力来实现连接或者运动功能。当用于连接时，是通过磁铁的“异性相吸”原理，靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场所产生的吸力来实现连接功能，不需要额外的能量供应；当用于运动时，只需要一个能耗很小的脉冲电流，改变铝镍钴合金磁铁的磁场方向，通过磁铁的“同性相斥”原理，靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场所产生的吸力来实现运动功能。为了实现上述目的，本专利技术提供一下技术方案：根据本专利技术的第一个方面，提供了一种集连接和运动功能的电机，包括铝镍钴合金磁铁，钕铁硼合金磁铁，铜线圈，脉冲控制电路。所述的铝镍钴合金磁铁被所述的铜线圈均匀缠绕。所述的脉冲控制电路与所述的铜线圈相连接，并可产生高峰值电流的脉冲。控制脉冲电流的方向，可改变所述铝镍钴合金磁铁的轴向磁场方向。多个所述的被铜线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁按照一定间距平行排布，并与钕铁硼合金磁铁轴向平行放置时，通过脉冲控制电路提供的脉冲改变铝镍钴合金磁铁的磁场方向，让其它钕铁硼合金磁铁与其形成作用力，从而实现连接或者驱动钕铁硼合金磁铁运动。根据被专利技术的再一个方面，还提供了一种模块化机器人，包括上述的集连接和运动功能的电机；该模块化机器人的基本模块外形为正方体，基本模块之间可以相互连接和运动；每个基本模块上安装有4个钕铁硼合金磁铁和6个被铜线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术的集连接和运动功能的电机同时具备了连接功能和运动功能，原本模块化机器人系统中同时需要运动系统和连接系统两套功能系统，采用本专利技术只需要一套系统就可以实现全部功能，大大的简化了机器人的结构，减轻了机器人的重量。（2）本专利技术的集连接和运动功能的电机可以极大的减小机器人的能量需求，当用于连接时，是依靠铝镍钴合金磁铁和钕铁硼合金磁铁自身的磁场来实现的，不需要额外的能量供应；当用于运动时，每次移动的时候只需要提供一个能耗很小的脉冲电流。（3）本专利技术的集连接和运动功能的电机的结构简单，可手工制作，且可以实现小型化，对于微型模块化机器人来说，是一个非常好的选择。（4）本专利技术的模块化机器人，可组成一个完整的模块化机器人平台，用于搭载其它传感器或者执行器完成特定任务。同时，由于其制作简单，也可以用于研究模块化机器人的相关运动和控制算法。附图说明图1是本专利技术的集连接和运动功能的电机的原理示意图；图2是本专利技术的模块化机器人基本模块结构示意图；图3是本专利技术的模块化机器人连接和运动原理示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。参见附图1，本专利技术的集连接和运动功能的电机包括4部分：钕铁硼合金磁铁1、铝镍钴合金磁铁4和5、铜线圈10和11、脉冲控制电路15。固定板12用于固定铝镍钴合金磁铁4和5。所述的脉冲控制电路15，其主要的构成为H桥电路。所述的钕铁硼合金磁铁1为圆柱体，磁化方向为轴向磁化，它的磁极分为北极2和南极3。所述的铝镍钴合金磁铁4被铜线圈10均匀缠绕，磁化方向也为轴向磁化，它的磁极分为北极6和南极7。所述的铝镍钴合金磁铁5被铜线圈11均匀缠绕，磁化方向也为轴向磁化，它的磁极分为北极9和南极8。所述的铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5与钕铁硼合金磁铁1平行、同轴且紧密接触。所述的铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5的直径应该大于所述钕铁硼合金磁铁1。所述铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5的磁化方向相反,是因为铜线10上通的为正向脉冲电流13，铜线11上通的为反向脉冲电流14。所述脉冲控制电路15可产生脉冲电流13和脉冲电流14，当脉冲电流13和脉冲电流14分别通过铜线圈10时和铜线圈11时，铜线圈10和铜线圈11会产生磁场，磁场可磁化铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5，改变其磁场方向。由于铜线圈10和铜线圈11产生的磁场的方向可由脉冲电流13和脉冲电流14的方向控制，因此铝镍钴合金磁铁4和铝镍钴合金磁铁5的磁场方向也是可控的。附图1展示的磁化方向仅仅是一个某一时刻的状态。从附图1中可以看出所述铝镍钴合金磁铁4与铝镍钴合金磁铁5和钕铁硼合金磁铁1的磁化方向均相反。此时，钕铁硼合金磁铁1与铝镍钴合金磁铁4互相排斥，钕铁硼合金磁铁1与铝镍钴合金磁铁4互相吸引，在磁场力的作用下，钕铁硼合金磁铁1会沿着移动方向16运动。当所述钕铁硼合金磁铁1运动到与铝镍钴合金磁铁5轴向平行时，钕铁硼合金磁铁1和铝镍钴合金磁铁5会紧密吸附在一起。之后的运动过程以此类推，运动方向也是可控的。附图1仅仅展示了两个铝镍钴合金磁铁4与铝镍钴合金磁铁5和一个钕铁硼合金磁铁1，实际应用中，可采用多个铝镍钴合金磁铁和多个钕铁硼合金磁铁构成。并且也可以固定钕铁硼合金磁铁，让被线圈缠绕的铝镍钴合金磁铁运动。参见附图2，本专利技术的模块化机器人由多个基本模块17组成，所述基本模块17之间可以相互连接和运动。所述基本模块17外形为正方体，其顶面为开放状态。所述基本模块17上安装有4个小孔，小孔18、小孔19、小孔20、小孔21用于安装钕铁硼合金磁铁，有6个大孔，大孔22、大孔23、大孔24、大孔25、大孔26、大孔27用于安装缠绕了铜线圈的铝镍钴合金磁铁。所述小孔18、小孔19、小孔20、小孔21被安装在2个相邻侧面，每个侧面安装2个。所述大孔22、大孔23、大孔24、大孔25、大孔26、大孔27被安装在另外2个相邻侧面，每个侧面安装3个。附图3用3个基本模块，基本模块28、基本模块29、基本模块30展示了本专利技术的模块化机器人连接和运动原理。其中基本模块28和基本模块29的安装有钕铁硼合金磁铁的面与基本模块30安装有缠绕了铜线圈的铝镍钴合金磁铁的面相对。附图3所示的时刻，3个基本模块处于稳定状态，通过改变缠绕了铜线圈的铝镍钴合磁铁34、35、36上通过电流的方向可控制铝镍钴合磁铁的磁场方向，从而控制基本模块30沿着基本模块28和基本模块29运动。在附图3所示的时刻，仅仅将缠绕了铜线圈的铝镍钴合磁铁32的磁化方向反向时，基本模块30会沿着方向34运动；仅仅将缠绕了铜线圈的铝镍钴合磁铁33的磁化方向反向时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集连接和运动功能的电机，其特征在于：由被铜线圈10缠绕的铝镍钴合金磁铁4、钕铁硼合金磁铁1、脉冲控制电路15组成；脉冲控制电路15可产生脉冲电流13，当脉冲通过铜线圈10时，铜线圈10会产生磁场，磁场可磁化铝镍钴合金磁铁4，改变其磁场方向；由于铜线圈10产生的磁场的方向可由脉冲电流的方向控制，因此铝镍钴合金磁铁4的磁场方向也是可控的。

【技术特征摘要】
1.一种集连接和运动功能的电机，其特征在于：由被铜线圈10缠绕的铝镍钴合金磁铁4、钕铁硼合金磁铁1、脉冲控制电路15组成；脉冲控制电路15可产生脉冲电流13，当脉冲通过铜线圈10时，铜线圈10会产生磁场，磁场可磁化铝镍钴合金磁铁4，改变其磁场方向；由于铜线圈10产生的磁场的方向可由脉冲电流的方向控制，因此铝镍钴合金磁铁4的磁场方向也是可控的。2.根据权利要求1，所述的集连接和运动功能的电机，其特征在于：由至少2个以上的缠绕铜线圈10的铝镍钴合金磁铁4按照轴向平行排布在一条直线上，所述钕铁硼合金磁铁1与其轴向平行。3.根据权利要求1，所述的集连接和运动功能的电机，其特征在于：通过改变铝镍钴合金磁铁4的磁场方向，让其与钕铁硼合金磁铁1形成吸力或排斥力，并在吸力或排斥力的综合作用下产生连接和移动功能。4.根据权利要求1，所述的集连接和运动功能的电机，其特征在于：只需要本发明的一套电机即可同时实现连接和移动功能。5.根据权利要求1，所述的集连接和运动功能的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱利，迪迪埃埃尔巴兹，
申请(专利权)人：朱利，
类型：发明
国别省市：浙江,33