[发明专利]集连接和运动功能的电机及其应用的模块化机器人

说明书

本发明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，采用本发明只需要一套系统就可以实现全部功能。本发明的电机非常节能，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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明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，本发明提供一下技术方案：

根据本发明的第一个方面，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。

根据被发明的再一个方面，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。

本发明的有益效果是：（1）本发明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，采用本发明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）本发明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。