【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压电爬行机器人领域，具体涉及一种小型推拉压电机器人及其控制方法。
技术介绍
1、压电材料因其优异的机电转换性能，在小型机器人方向充满发展潜力，压电机器人主要应用于军事、医疗、工业领域，具有响应快、机电性能好、体积小的特点，但传统的压电机器人运动速度慢、对制造工艺要求高、限制于外部能源供应、环境适应性差。
2、本专利技术提出的小型推拉压电爬行机器人由机载控制模块、安装平台、机器人基体、驱动元件、运动足构成，体积小、质量轻、装配简单、响应迅速；提出的控制方法，通过各向异性摩擦原理和推拉理论实现小型推拉压电机器人的单自由度直行，通过集成信号发生电路、dc-dc升压电路、dc-dc负压电路、运算放大电路为机载控制模块实现机器人自供电，摆脱对外部电源的依赖，通过在单极运算放大电路中引入单零点补偿电路实现动态响应频率的精确控制，为小型爬行机器人的应用和研究提供一个可行的方向。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种小型推拉压电机器人及其控制方法，旨在解决小型爬行机器人能量利用率低、运动速度慢、无法独立运行的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种小型推拉压电机器人，包括一个机载控制模块、一个安装平台、一个机器人基体、四个驱动元件、两个运动足；所述机载控制模块固定粘接在安装平台上，所述安装平台和机器人基体一体化，所述机器人基体俯视图为等边六边形，侧边为六个相同尺寸的长方形，所述驱动元件粘贴在基体前后四个侧面，所述运动足和机器人基体左右底部呈一
3、优选的，所述机载控制模块包括信号发生电路、dc-dc升压电路、dc-dc负压电路、运算放大电路四部分。
4、优选的，所述所述安装平台通过向内弯折机器人基体左右侧边z向伸长边形成水平安装台。
5、优选的，所述机器人基体材料为黄铜，厚度为0.2mm,侧边长度为20mm,宽度为5mm，前后侧边分别粘贴有驱动元件。
6、优选的，所述驱动元件材料为pzt-5h，厚度为0.2mm,长度为15mm,宽度为5mm，和侧边长方形共中心粘贴。
7、优选的，所述运动足固定角度焊接在机器人基体的左右侧边底部，材料为黄铜，长度为20mm，宽度为4mm,厚度为0.2mm。
8、优选的，所述小型推拉压电机器人的控制方法，机载控制模块发出周期性pwm电压信号激励驱动元件发生变形，在电压上升阶段，驱动元件带动机器人基体发生弯曲形变，右运动足向右推，在电压下降阶段，驱动元件恢复形变，右运动足落下，左运动足向右拉，实现小型推拉压电机器人通过自身供电在接触面进行直行运动，实现小型推拉压电机器人无绳化运行。
9、所述运动中，实现水平方向直行运动包括以下步骤：
10、步骤一、机载控制模块发出pwm电压信号，pwm电压信号经导线输出至驱动元件；t＝ta时刻，电压从0v迅速上升到峰值，驱动元件发生弯曲变形，带动机器人基体发生变形，运动足与地面有固定夹角，在摩擦力作用下，右运动足向右推动，左运动足位置不变。
11、步骤二、在ta＜t＜tb时刻，电压保持不变，运动足维持上一步骤形态。
12、步骤三、t＝tb时刻，电压从峰值回落至0v，驱动元件恢复形变，机器人基体复原，由于摩擦力作用，右运动足位置不变，左运动足被向右拉动，小型推拉压电机器人向右直行单步位移。
13、步骤四、重复步骤一至三，可实现驱动小型推拉压电机器人沿水平向右方向做直线运动。
14、所述运动控制中，实现输出pwm电压信号主要包括以下步骤：
15、步骤五、机载控制模块的信号发生电路主控开发板为seeeduino xiao,通过arduino ide编辑器编写、烧录程序，开发板的pwm引脚输出pwm电压信号。
16、步骤六、机载控制模块的dc-dc升压和负压电路主控芯片是mc34063,给运算放大电路的正负端口供电。
17、步骤七、机载控制模块的运算放大电路主控芯片是opa277，信号输入端口接收信号发生电路发出的pwm电压信号，通过单级运算放大电路输出放大的pwm波信号。
18、步骤八、重复步骤五至七可以实现机载控制模块连续输出放大后的电压信号至驱动元件，实现小型推拉压电机器人的独立运行。
19、优选的，所述小型推拉压电机器人的控制方法，驱动元件可以视为容性负载，导致系统频率动态响应发生变化。
20、优选的，所述小型推拉压电机器人的控制方法，机载控制模块的信号发生电路发出占空比为50％，电压幅值为1.1vpp的pwm波信号；机载控制模块的dc-dc升压电路拓扑为boost拓扑，dc-dc负压电路拓扑为buck拓扑；机载控制模块的运算放大电路联合单点补偿电路，消除容性负载对电路的影响。
21、本专利技术有益效果：
22、(1)本专利技术提出了一种小型推拉压电机器人，该机器人基体、安装平台、运动足经激光打印和弯折一体成型，增加了整体刚度，机器人前后对称，稳定性良好，该小型推拉压电机器人具有体积小、质量轻、能量密度高、能量转化率高的特点。
23、(2)本专利技术提出的控制方法基于各向异性摩擦理论和推拉模型实现小型推拉压电机器人的水平方向直行；集成信号发生电路、dc-dc升压电路、dc-dc负压电路、运算放大电路为机载控制模块，装载在机器人基体的安装平台上，做到机器人自供电运行，机器人环境适应性更高、适用场合更广泛。
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1.一种小型推拉压电机器人，其特征在于,包括机载控制模块(1)、安装平台(2)、机器人基体(3)、驱动元件(4)、运动足(5)；所述机载控制模块(1)装载在安装平台(2)上，通过环氧树脂胶水固定粘接，所述安装平台(2)和机器人基体(3)一体化，由激光切割、弯折而成，所述机器人基体(3)俯视图为等边六边形，侧面为六个相同尺寸的长方形，所述驱动元件(4)包括粘贴在基体(2)前侧面的驱动元件(4-1、4-2)和后侧面的驱动元件(4-3、4-4)，所述运动足(5)包括机器人基体(3)左底部的运动足(5-1)和右底部的运动足(5-2)。
2.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述机载控制模块(1)包括信号发生电路、DC-DC升压电路、DC-DC负压电路、运算放大电路四部分，固定粘接在安装平台(2)上。
3.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述安装平台(2)通过向内弯折机器人基体(3)左右侧边Z向伸长边形成水平安装台。
4.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述机器人基体(3)俯视图为一个等边六
5.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述驱动元件(4-1、4-2、4-3、4-4)材料为PZT-5H，厚度为0.2mm,长度为15mm,宽度为5mm，和侧边长方形共中心粘贴。
6.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述运动足(5-1、5-2)固定角度焊接在机器人基体(3)的左右侧边底部，材料为黄铜，长度为20mm，宽度为4mm,厚度为0.2mm。
7.一种基于权利要求1-6所述的一种小型推拉压电机器人及其控制方法，其特征在于，所述控制方法可以实现小型推拉压电机器人通过自身供电在接触面进行直行运动，实现小型推拉压电机器人无绳化运行。
8.如如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述小型推拉压电机器人的控制方法，驱动元件(4-1、4-2、4-3、4-4)可以视为容性负载，导致系统频率动态响应发生变化。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述小型推拉压电机器人的控制方法，该信号发生电路主控芯片发出PWM电压信号，幅值为1.1Vpp，占空比为50％。
10.如权利要求7所述的控制方法,其特征在于，所述小型推拉压电机器人的控制方法,DC-DC升压电路拓扑为Boost电路拓扑，DC-DC负压电路拓扑为Buck电路拓扑，主控芯片MC34063由外部微型锂电池供电。
11.如权利要求7所述的控制方法,其特征在于，所述小型推拉压电机器人的控制方法,该运算放大电路为了消除容性负载动态变化对机载控制模块(1)的影响，在运算放大电路的单级运算放大电路中引入单点补偿电路。
...【技术特征摘要】
1.一种小型推拉压电机器人，其特征在于,包括机载控制模块(1)、安装平台(2)、机器人基体(3)、驱动元件(4)、运动足(5)；所述机载控制模块(1)装载在安装平台(2)上，通过环氧树脂胶水固定粘接，所述安装平台(2)和机器人基体(3)一体化，由激光切割、弯折而成，所述机器人基体(3)俯视图为等边六边形，侧面为六个相同尺寸的长方形，所述驱动元件(4)包括粘贴在基体(2)前侧面的驱动元件(4-1、4-2)和后侧面的驱动元件(4-3、4-4)，所述运动足(5)包括机器人基体(3)左底部的运动足(5-1)和右底部的运动足(5-2)。
2.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述机载控制模块(1)包括信号发生电路、dc-dc升压电路、dc-dc负压电路、运算放大电路四部分，固定粘接在安装平台(2)上。
3.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述安装平台(2)通过向内弯折机器人基体(3)左右侧边z向伸长边形成水平安装台。
4.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述机器人基体(3)俯视图为一个等边六边形，材料为黄铜，厚度为0.2mm,侧边长度为20mm,宽度为5mm，前后侧边分别粘贴有驱动元件(4-1、4-2、4-3、4-4)。
5.如权利要求1所述的一种小型推拉压电机器人，其特征在于，所述驱动元件(4-1、4-2、4-3、4-4)材料为pzt-5h，厚...
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