[发明专利]一种振动驱动的运动机器人

说明书

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种振动驱动的运动机器人，包括壳体、第一转动机构、第二转动机构、第三转动机构、第四转动机构、偏心质量块和控制机构，第一转动机构的输出轴和第二转动机构的输出轴竖直设置，第三转动机构的输出轴和第四转动机构的输出轴水平设置，偏心质量块随各个转动机构的输出轴转动；各个转动机构的转速相同，且第一转动机构与第二转动机构的转向相反，第三转动机构与第四转动机构的转向相反。垂直于运动平面的偏心质量块的运动产生离心力，当偏心质量块转到最高处时，使机器人受到的摩擦力最小，此时使平行于运动平面设置的偏心质量块产生向期望方向的离心力，故机器人会朝期望的方向运动。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种振动驱动的运动机器人。

背景技术

受蚯蚓等软体动物蠕动运动的启发，近年来一些学者开发了一类新型的运动模型-振动驱动系统，这类系统不需要外部驱动部件，如腿或轮子等，因此易于实现结构微型化和密封。有学者期望将其制成微型胶囊机器人进入人体肠道甚至血管治疗疾病。

针对这类系统的研究，2005年，chernousko提出了由一个内部质量块和一个外部箱型刚体构成的振动驱动系统模型，并研究了两个质量块系统的直线运动，通过选择合适的物理参数并合理控制两个质量块之间的相互作用力，实现了该系统的最快平均速度。通过合理设计内部质量块的周期运动形式，外部箱体可以在内部质量块对其作用力以及支撑板对其摩擦力的共同作用下，实现周期平移运动。2012年，Fang等人研究了三模块振动驱动系统，通过优化各模块中正弦驱动的初始相位，有效提高了系统的稳态平均速度。

以上研究基于直线电机实现质量块的直线运动，这样要保证较高的效率，就需要有足够的直线运动距离，因而不利于小型化；小质量块运动过程中不断的加减速，导致能耗较高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的机器人不利于小型化和能耗较高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种振动驱动的运动机器人，包括壳体、第一转动机构、第二转动机构、第三转动机构、第四转动机构、偏心质量块和控制机构；所述壳体的底壁水平设置，所述第一转动机构、所述第二转动机构、第三转动机构和第四转动机构设于所述壳体内且安装于所述底壁上；所述第一转动机构的输出轴和第二转动机构的输出轴竖直设置，所述第三转动机构的输出轴和第四转动机构的输出轴水平设置，各个转动机构的输出轴上均设有所述偏心质量块，所述偏心质量块随各个转动机构的输出轴转动；各个转动机构的转速相同，且第一转动机构与第二转动机构的转向相反，第三转动机构与第四转动机构的转向相反；所述控制机构分别与各个转动机构连接，用于控制各个转动机构的转速和转向。

其中，所述第三转动机构输出轴和第四转动机构的输出轴相互平行。

其中，所述第三转动机构的偏心质量块和所述第四转动机构的偏心质量块在同一平面内转动。

其中，所述第一转动机构的数量与所述第二转动机构的数量相等，所述第三转动机构的数量与第四转动机构的数量相等。

其中，以壳体的底壁的中心为坐标原点O，壳体的底壁的长度方向为X轴，壳体的底壁的宽度方向为Z轴，竖直方向为Y轴建立三维坐标系，所述第一转动机构和所述第二转动机构关于面XOY一一对称设置，所述第三转动机构的输出轴和第四转动机构的输出轴垂直于面XOY且在面XOY内转动。

其中，所述第三转动机构的偏心质量块的质心的初始位置和第四转动机构的偏心质量块的质心的初始位置均沿Y轴的正半轴方向设置。

其中，当第一转动机构的偏心质量块的质心的初始位置与第二转动机构的偏心质量块的质心的初始位置均沿X轴方向设置且关于面XOY对称时，所述机器人沿X轴做直线运动。