平面解耦直线两自由度微移动机器人制造技术

本实用新型专利技术公开一种平面解耦直线两自由度微移动机器人。包括四个相邻垂直、相对同轴的电磁铁Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、作为驱动体的衔铁及移动本体，电磁铁Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ的外壳与移动本体固连在一起，电磁铁Ａ与电磁铁Ｃ相对设置、同轴安装，电磁铁Ｂ与电磁铁Ｄ相对设置、同轴安装，电磁铁Ａ、Ｃ的轴线与电磁铁Ｂ、Ｄ的轴线相互垂直；衔铁安装在电磁线圈与弹簧中间。它可沿Ｘ、Ｙ轴作往复微移动。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
平面解耦直线两自由度微移动机器人本技术属于机器人
，具体说是一种解耦实现平面X、Y直线两自由度微移动机器人。随着科学技术的发展，微动机器人技术已成为机器人
中前沿重点研究技术之一。微动机器人技术在民用和军用方面具有重要的应用前景，如应用在医学生物工程的微操作系统，激光打印机反射镜面的精密加工，光陀螺反射镜面的精密加工等。因此，国际上许多学者和企业界非常重视微动机器人技术的研究。目前机器人微动位移，主要基于冲击驱动法、尺蠖驱动法，并已研究出相应的微动机器人。其中，静岗大学：青山尚之(作者)通过小型同步机械人生产超高精密生产机械系统(小型同走机械群にょる超精密生产机械システム)，精密工学会志64/6(1998)公开了一种以“尺蠖驱动法”为原理的微型机器人，它由前后两个电磁吸盘分别连接两条腿，通过中间压电晶体作收缩动作，向前行走，运动速度及效率不高。东京大学：樋口(作者)冲程驱动机构润滑面上的移动特性(インパクト驱动机构の润滑面上じおける移动特性)，精密工学会志61-3(1995)公开了一种以冲击驱动法为原理的微移动机器人，它是用压电晶体将一物体与本体连结起来，控制压电晶体突然收缩，机器人本体便获得一个惯性力，在此惯性力作用下使机器人本体行走，精度较高，但效率不理想。另外日本熊本县工业技术中心，各和男(作者)用压电振动的移动机械及摩擦模式(压电振动を用じた移动机械さその摩擦モデル)，精密工学会志57/8-1991公开了一种振动法行走微型机器人，原理是当机器人受到一定频率振动时便向前行走，精度低，运动不易控制。中国专利申请01211843.5公开一种采用碰撞驱动法实现微移动的直线微移动-->机器人，由并置的两个电磁铁和移动本体构成，小巧灵活，精度高，效率高，但只能实现单方向前进的微移动，不够灵活。本技术的目的在于提供一种可沿X、Y轴作往复微移动的平面解耦直线两自由度微移动机器人。本技术的技术方案是：包括四个相邻垂直、相对同轴的电磁铁A、B、C、D、作为驱动体的衔铁及移动本体，电磁铁A、B、C、D的外壳与移动本体固连在一起，电磁铁A与电磁铁C相对设置、同轴安装，电磁铁B与电磁铁D相对设置、同轴安装，且电磁铁A、C的轴线与电磁铁B、D的轴线相互垂直；衔铁安装在电磁铁的电磁线圈与弹簧中间，在将四个电磁铁A、B、C、D与移动本体固连时，使弹簧产生一定压缩量，保证衔铁在弹簧单独作用下，即电磁铁不通电情况下，始终与移动本体接触连接；在移动本体十字顶点底面安装有四个高精度钢球，安装时所述电磁铁A、B、C、D轴线构成的平面与四个钢球顶点构成的平面保持平行。本技术具有如下优点：1.由于采用“碰撞驱动法”及四个电磁铁如图所示的位置设计，因而易于实现沿X、Y轴两自由度直线微动，且直线微移动范围不限。2.本技术由于基于“碰撞驱动法”，以电磁铁作为驱动元件，使得微动机器人整体结构简单紧凑，易制作，运动精度高，且制作成本低。图1为本技术主视图。图2为本技术俯视图。下面结合附图和实施例对本技术结构和原理作进一步详细说明。本技术的构成如图1、2所示，包括四个相邻垂直、相对同轴的电磁铁A1、B2、C3、D4、作为驱动体的衔铁11及移动本体5，电磁铁A1、B2、C3、D4的外壳与移动本体5固连在一起，电磁铁A1与电磁铁C3相对设置、-->同轴安装，电磁铁B2与电磁铁D4相对设置、同轴安装，且电磁铁A1、C3的轴线与电磁铁B2、D4的轴线相互垂直；衔铁11(驱动体)安装在电磁铁的电磁线圈10与弹簧12中间，在将四个电磁铁A1、B2、C3、D4与移动本体5固连时，使弹簧12产生一定压缩量，保证衔铁11在弹簧12单独作用下(电磁铁不通电)，始终与移动本体5接触连接；在移动本体5十字顶点底面安装有四个高精度钢球6，安装时所述电磁铁A1、B2、C3、D4轴线构成的平面与四个钢球6顶点构成的平面保持平行。“碰撞驱动法”，这是依据碰撞运动中动量及功能守恒原理得出的。本技术即是基于“碰撞驱动法”驱动的平面解耦X、Y直线两自由度微动机器人，其运动方程为：    S=(m1m1+m2)2xgf(a1(e1+1)2-a2(e2+1)2)]]>式中S为移动本体5移动位移，x为衔铁11位移；m1为衔铁11质量；m1＋m2为移动本体5质量；a1、a2为衔铁11加速度；e1、e2为材料恢复系数；f为摩擦系数；g为重力加速度。本技术的微移动原理如下：当电磁铁A1(或电磁铁B2)通电后，产生的电磁力作用在衔铁11上，使之以一定速度撞向电磁线圈10，直到碰撞到电磁线圈10为止，同时压缩弹簧12；当断掉电磁铁A1(或电磁铁B2)的电后，衔铁11便在弹簧力的作用下，以一定速度向移动本体5运动，直到碰撞到移动本体5。根据“碰撞驱动法”原理，移动本体5最终向右(或左)产生微小位移(X轴)；同样控制电磁铁B2(或电磁铁D4)通断电，可使移动本体5向下(或上)产生微小位移(Y轴)；据此，便可控制本技术实现沿X、Y轴直线微移动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面解耦直线两自由度微移动机器人，其特征在于：包括四个相邻垂直、相对同轴的电磁铁Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（１、２、３、４）、作为驱动体的衔铁（１１）及移动本体（５），电磁铁Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（１、２、３、４）的外壳与移动本体（５）固连在一起，电磁铁Ａ（１）与电磁铁Ｃ（３）相对设置、同轴安装，电磁铁Ｂ（２）与电磁铁Ｄ（４）相对设置、同轴安装，且电磁铁Ａ、Ｃ（１、３）的轴线与电磁铁Ｂ、Ｄ（２、４）的轴线相互垂直；衔铁（１１）安装在电磁铁的电磁线圈（１０）与弹簧（１２）中间，在将四个电磁铁Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（１、２、３、４）与移动本体（５）固连时，使弹簧（１２）产生一定压缩量，保证衔铁（１１）在弹簧（１２）单独作用下，即电磁铁不通电情况下，始终与移动本体（５）接触连接。

【技术特征摘要】
1.一种平面解耦直线两自由度微移动机器人，其特征在于：包括四个相邻垂直、相对同轴的电磁铁A、B、C、D(1、2、3、4)、作为驱动体的衔铁(11)及移动本体(5)，电磁铁A、B、C、D(1、2、3、4)的外壳与移动本体(5)固连在一起，电磁铁A(1)与电磁铁C(3)相对设置、同轴安装，电磁铁B(2)与电磁铁D(4)相对设置、同轴安装，且电磁铁A、C(1、3)的轴线与电磁铁B、D(2、4)的轴线相互垂直；衔铁(11)安装在电磁铁的电磁线圈(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小凡，王忠，姚辰，原培章，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]