一种基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115384653A(43)申请公布日2022.11.25(21)申请号202211195172.X(22)申请日2022.09.28(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人刘志伟闫晓军詹文成漆明净冷佳明(51)Int.Cl.B62D57/032(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人(57)摘要本发明公开了一种基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，包括支撑框架、驱动系统、支撑腿和电源系统；支撑框架为驱动系统、支撑腿和电源系统提供定位和支撑；驱动系统设有两套，两套驱动系统结构相同并独立工作，分别由悬臂梁结构、永磁体、空心线圈和一体式传动结构等组成，一体式传动结构包括传动铰链和作动腿；空心线圈上施加交流电压后，在空心线圈的交变电磁力和悬臂梁结构的弹性回复力的共同作用下，永磁体受迫振动，传动铰链将永磁体的振动转化为作动腿的摆动，从而驱动机器人运动。通过控制两套驱动系统上所施加的交变电压可实现对机器人运动方向、轨迹和速度的控制。本发明结构简单，控制效果好，适应能力强，质量轻，载重能力强。CN115384653ACN115384653A权利要求书1/2页1.一种基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，其特征在于，包括支撑框架、驱动系统、支撑腿和电源系统；其中，支撑框架由多个支撑板结构连接组成，包括上支撑板(1)、下支撑板(2)、电路支撑板(3)、侧支撑板(4，5)、前支撑板(6)和后支撑板(7)，支撑框架为驱动系统、支撑腿和电源系统提供定位和支撑；驱动系统由悬臂梁结构(8)、永磁体(9)、线圈固定板(10)、空心线圈(11)和一体式传动结构(12)组成；悬臂梁结构(8)的固定端连接在后支撑板(7)上，自由端连接永磁体(9)和一体式传动机构(12)；永磁体(9)与固定在线圈固定板(10)上的空心线圈(11)相对；线圈固定板(10)支撑在前支撑板(6)上；一体式传动机构(12)包括传动铰链和作动腿两部分，传动铰链一端与永磁体(9)、悬臂梁结构(8)连接，另一端固定在前支撑板(6)上；支撑腿固定在悬臂梁结构(8)固定端的外伸段上；电源系统包括电源及配套电路，可为空心线圈(11)提供可调交流电压；当空心线圈(11)通电后，永磁体(9)在空心线圈(11)的交变电磁力和悬臂梁结构(8)的弹性回复力的共同作用下产生稳定振动，传动铰链进一步将永磁体(9)的振动转化为作动腿的摆动，从而驱动机器人运动。2.根据权利要求1所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，其特征在于：所述驱动系统设有两套，两套驱动系统结构相同，左右对称布置，并各自独立工作。3.根据权利要求2所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，其特征在于：所述两套驱动系统，分别控制两条作动腿进行独立作动；作动腿为前腿或后腿，若作动腿是前腿，则后腿为支撑腿；若作动腿是后腿，则前腿为支撑腿。4.根据权利要求1所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，其特征在于：所述电源系统为集成在机体上的电源与配套电路，或连接在空心线圈(11)上的外置电源及配套电路。5.根据权利要求1‑4任一项所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，其特征在于：所述支撑板结构、悬臂梁结构(8)、线圈固定板(10)、一体式传动机构(12)和支撑腿为碳纤维、聚酰亚胺膜或玻璃纤维堆叠层压后由激光切割加工而成。6.根据权利要求5所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，其特征在于：所述支撑框架的相邻支撑板结构之间连接，以及支撑腿与悬臂梁结构(8)之间的连接，均采用安装孔和凸沿插接的配合方式。7.根据权利要求3所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，其特征在于：所述前腿及后腿的末端，通过粘贴不同材料及形状的贴片，能够适应不同的地面，防止机器人爬行时打滑。8.根据权利要求1所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人，其特征在于：所述机器人的各向尺寸均小于3cm，机体质量低于400mg。9.一种用于权利要求1所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人的驱动方法，其特征在于：对空心线圈(11)施加交变电压时，空心线圈(11)周围产生交变磁场，永磁体(9)受交变磁场力作用而产生交变的横向偏移，从而带动悬臂梁结构(8)发生弹性变形；悬臂梁结构(8)自由端的横向位移通过传动铰链转化为作动腿的摆动；由于机体倾斜，作动腿向后摆动时撞击地面，地面会给机器人提供向前的反作用力，从而使得机体获得向前的加2CN115384653A权利要求书2/2页速度并向前运动；作动腿周期性摆动，整个机体稳定前进。10.一种用于权利要求1所述的基于电磁驱动原理的可控脱线爬行机器人的控制方法，其