[发明专利]一种纤毛振动驱动的微型机器人

说明书

技术领域

本发明涉及微型机器人技术，尤其涉及的是一种纤毛振动驱动的微型机器人。

背景技术

近十几年来，随着机器人和微加工技术的迅速发展，微型机器人技术已经应用到机械、化学和医学临床诊断等诸多领域。管内移动微型机器人是微型机器人领域的一个重要的应用方向，可广泛应用于电力、化工、供暖、生物医学等行业中的细小孔径管道（或腔道）的检测和信息采集，所以日益受到研究者的关注。目前，在各类学术期刊上已经报道了多种微型机器人，绝大多数是采用轮式、履带式或关节伸缩蠕动等驱动方式。目前研究的主流驱动方式是轮式驱动，但是因为驱动轮和传动机构的尺寸无法做到真正的微型化，从而影响了其在微小环境中的应用，所以驱动机构的微型化问题是微型机器人领域的一大难题。

近年来发展起来的微型机器人种类很多，其中苏州大学发明了一种微型管道机器人，约有成人的半截食指般长短粗细，机器人重约6克，浑身长着毛刺，这种微型管道机器人的运动是基于谐振原理，需6伏电压驱动，利用机器人体内所带的微型电机带动偏心轮转动产生一定的振动，通过毛刺与管壁非对称的碰撞与摩擦，驱动机器人运动（参见http://news.szhou.cn/2011/04/14971.shtml ）。

上述这种由多个毛刺振动驱动的微型机器人，因为采用坚硬的单方向的类金属毛刺作为驱动方式，容易造成应用管道（腔道）内壁的划伤甚至破坏，并因为采用单侧倾斜的毛刺，所以只能单方向运动，无法主动改变行进方向和行进速度。同时该微型毛刺机器人采用的是圆形的外形形状结构，需要机器人的毛刺与所应用管道的内壁四周接触良好，这就使得毛刺机器人只能适用于某一管径的场合，如管壁内径发生变化将影响该机器人的应用性能。同时该微型毛刺机器人采用的是有线供能或控制的方式，该方式会阻碍微型机器人按原路返回，这进一步使得机器人的应用场合受到限制。因此，现有技术存在缺陷，尚待改进和发展。

可见，当前微型机器人的发展迫切需要一种结构简单、控制方便、行动方向可控、行进速度可控的无线微型机器人驱动技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于设计一种纤毛振动驱动的微型机器人，以其特有的柔软有弹性的驱动腿避免机器人对应用场合内壁的潜在损伤，并利用振动电动机的振动频率进行控制，实现纤毛驱动机器人的前进、后退、转向和行进速度控制，拓展微型机器人的应用场所，同时利用内置能源和通讯芯片实现无线驱动和无线遥控操作，使得该微型机器人可应用于各种可视的或不可视的微小环境中。同时，具有柔弹性的纤毛驱动腿更加适合于在柔性管壁环境下的应用，其行走动作对于管道的接触面没有任何损伤，比较适合于柔性管壁环境（如人体消化道、血管等）下的应用，在生物医学领域中有良好的发展前景。

本发明的技术方案如下：

一种纤毛振动驱动的微型机器人，所述的微型机器人利用振动电动机旋转产生的振动带动纤毛驱动腿运动驱动微型机器人行进。所述微型机器人的所有结构布置在三层结构之中。

其中，上层是功能模块，主要包括电源模块、振动电动机模块、控制电路模块和操作模块四部分。

电源模块由纽扣电池组成，为其他三部分模块提供电能。

振动电动机模块由偏心振动电动机组成，可根据控制电路信号进行转速变换。

控制电路模块与振动电动机模块和操作模块连接，根据程序设定或遥控指令向其他模块发出控制信号，控制电路模块包括微型中央处理器、无线通信芯片和外围电路元器件，微型中央处理器调节振动电动机的转速，进而控制两组驱动腿的振动摆幅差异，达到控制微型机器人前进、后退、转向及行进速度的目的，无线通信芯片实现遥控信号和检测信号的无线传输。

操作模块可根据应用目的执行具体操作动作，可包括但不限于取样、检测、照明、清洗、图像采集等功能。

中间层为起支撑和连接作用的基板，其与下层结构的纤毛驱动腿构成一个整体。

下层为起驱动作用的纤毛驱动腿，下层结构中至少包括两组直径不同，数量不同，但总的水平截面面积相等，垂直高度相等，且与基底呈一定的对称倾角的纤毛驱动腿，纤毛驱动腿在振动电机不同旋转转速的振动作用下运动，其中振动电动机可按不同的转速振动。