微型無纜游動機器人的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明涉及微型機器人的技術領域，特別是微型無纜游動機器人的技術領域。【【背景技術】】
[0002]微型游動機器人目前是世界范圍內的一個研究熱點，主要的潛在應用領用如清理血栓的血管機器人得到了長足的發展進步，應用于血管的微型游動機器人因工作環境的特殊性，通常不具有與體外控制器或電源連接的電纜線，所以為無纜機器人；無纜機器人的能量供應方式分為內置電源式和。
[0003]中國專利(申請號:03129612.2)提出了一種仿蝌蚪的螺旋式微型機器人，組成部分包括頭部、機身、尾部、微電機、尾部擺動機構、頭部轉動機構、頭部沉浮控制器、微攝影系統和射頻收發器，頭部和機身之間采用氈圈密封，擺桿與機身之間采用具有生物兼容性的高彈性膜連為一體，尾部與擺桿固定連接，機器人的動作由體外遙控器通過射頻收發器控制，這種微型機器人能夠實現前進、后退和位置微調等方向控制，但是這種微型機器人的結構并不簡潔，而且由于內置電源需要對多個器件進行供電，所以續航時間短。
[0004]超磁致伸縮材料是一種功能材料(Giant Magnetostrictive Materials,簡稱GMM)，具有磁致伸縮效應，即對GMM施加極化方向的變化磁場時，GMM本身會在極化方向上產生伸縮振動，利用這種材料制成的雙曲片狀結構當一端固定時，可在另一個自由端產生彎曲，利用這一原理作為微型游動機器人的驅動器，可以實現無纜、無內置電源驅動，但是目前還未發現具有實用價值的相關機器人信息報道，現在亟需對采用GMM的具有實用價值的微型游動機器人進行開發設計。
【
【發明內容】
】
[0005]本發明的目的就是解決現有血管機器人需依靠內置電源對驅動系統進行供電造成的機器人續航時間短的問題，提出一種采用GMM作為驅動材料而無需內置電源對驅動系統進行能量供應的微型游動機器人，能夠使微型游動機器人依靠外部磁場實現做功最大的主運動，依靠低功耗的驅動裝置實現轉向運動，結構簡單，續航時間長，具有很好的實用價值。
[0006]為實現上述目的，本發明提出了一種微型無纜游動機器人，包括頭部、機身和尾鰭，所述頭部設置在機身的一端，所述機身的另一端與所述尾鰭的一端固定連接，其特征是，所述頭部和所述機身內部均為空心結構，所述機身內設置有對稱分布的壓電陶瓷堆疊、微位移放大機構和由超磁致伸縮薄膜雙曲片制成的側鰭，所述機身內的對稱中心線處設置有一個垂直于機身底面的固定板，對稱的壓電陶瓷堆疊分別固定在所述固定板的兩側，所述微位移放大機構的一端固定在所述壓電陶瓷堆疊的端部，所述微位移放大機構的另一端固定連接著所述側鰭的一端，所述側鰭的另一端穿過設置在機身側面的側鰭槽并伸出到機身外部，所述側鰭具有一個鈍角折彎結構，所述側鰭通過鈍角折彎結構與所述機身的內部鉸連接；所述頭部內安裝有射頻收發器，所述機身下部內安裝有驅動電源。
[0007]作為優選，所述頭部、機身和側鰭均采用EVA樹脂材料。
[0008]作為優選，所述機身兩側的側鰭槽處通過設置折頁窗對機身進行密封，所述折頁窗上設置有一個與所述側鰭的縱向截面的形狀和尺寸相同的配合孔，所述側鰭穿過所述配合孔。
[0009]作為優選，制作尾鰭的超磁致伸縮薄膜雙曲片由粘連在一起的兩片極化方向相反的超磁致伸縮薄膜片組成。
[0010]本發明的有益效果:
[0011](I)本發明通過采用超磁致伸縮薄膜片作為游動機器人的尾鰭，使游動機器人內做功最大的動力推進部件得能量供應源變為流動管路外部的磁場，從而減輕了機器人內部的電源負載壓力；
[0012](2)通過在機器人的機身兩側設置由壓電陶瓷堆疊驅動的側鰭，可以方便地對機器人的游動方向進行調整，同時由于壓電陶瓷的電容特性，當驅動電源向壓電陶瓷堆疊供電時，長時間保持側鰭的一個固定位姿因壓電陶瓷內無電流通過而消耗能量極低，這進一步為內置的驅動電源減輕了負載壓力，提高了續航時間。
[0013]本發明的特征及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
【【附圖說明】】
[0014]圖1是本發明微型無纜游動機器人內部的結構示意圖。
[0015]圖2是本發明中折頁窗的結構示意圖。
[0016]圖中:1-頭部、2-機身、3-尾鰭、4-射頻收發器、5-壓電陶瓷堆疊、6-微位移放大機構、7-側鰭、8-驅動電源、9-固定板、I O-折頁窗、11 -側鰭槽。
【【具體實施方式】】
[0017]參閱圖1和圖2，本發明微型無纜游動機器人，包括頭部1、機身2和尾鰭3，所述頭部I設置在機身2的一端，所述機身2的另一端與所述尾鰭3的一端固定連接，其特征是，所述頭部I和所述機身2內部均為空心結構，所述機身I內設置有對稱分布的壓電陶瓷堆疊5、微位移放大機構6和由超磁致伸縮薄膜雙曲片制成的側鰭7，所述機身2內的對稱中心線處設置有一個垂直于機身2底面的固定板9，對稱的壓電陶瓷堆疊5分別固定在所述固定板9的兩側，所述微位移放大機構6的一端固定在所述壓電陶瓷堆疊5的端部，所述微位移放大機構6的另一端固定連接著所述側鰭7的一端，所述側鰭7的另一端穿過設置在機身2側面的側鰭槽21并伸出到機身2外部，所述側鰭7具有一個鈍角折彎結構，所述側鰭7通過鈍角折彎結構與所述機身2的內部鉸連接；所述頭部I內安裝有射頻收發器4，所述機身2下部內安裝有驅動電源8。
[0018]所述頭部1、機身2和側鰭7均采用EVA樹脂材料。
[0019]所述機身2兩側的側鰭槽21處通過設置折頁窗10對機身2進行密封，所述折頁窗10上設置有一個與所述側鰭7的縱向截面的形狀和尺寸相同的配合孔11，所述側鰭7穿過所述配合孔11。
[0020]制作尾鰭3的超磁致伸縮薄膜雙曲片由粘連在一起的兩片極化方向相反的超磁致伸縮薄膜片組成。
[0021]本發明工作過程:
[0022]本發明微型無纜游動機器人在工作過程中，機器人的前進運動作為主運動，通過尾鰭3的擺動來實現，尾鰭3的擺動是通過外部的變化磁場進行驅動的，變化磁場的變化頻率影響機器人的前進速度；機器人的轉向動作依靠左右兩個側鰭7的收放進行調控，當驅動電源8對壓電陶瓷堆疊5施加一個驅動電壓時，壓電陶瓷堆疊5產生伸縮，伸縮量經微位移放大機構6放大后，相應的側鰭7便可以進行轉動收放，改變機身2外側的側鰭7面積，以產生不同的阻力，從而改變機身2的方向；驅動電源8的工作狀態通過射頻收發器4接收外部控制信號進行相應的操作，整個機器人與外界無電纜線連接。
[0023]本發明通過采用超磁致伸縮薄膜片作為游動機器人的尾鰭，使游動機器人內做功最大的動力推進部件得能量供應源變為流動管路外部的磁場，從而減輕了機器人內部的電源負載壓力；通過在機器人的機身兩側設置由壓電陶瓷堆疊驅動的側鰭，可以方便地對機器人的游動方向進行調整，同時由于壓電陶瓷的電容特性，當驅動電源向壓電陶瓷堆疊供電時，長時間保持側鰭的一個固定位姿因壓電陶瓷內無電流通過而消耗能量極低，這進一步為內置的驅動電源減輕了負載壓力，提高了續航時間。
[0024]上述實施例是對本發明的說明，不是對本發明的限定，任何對本發明簡單變換后的方案均屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種微型無纜游動機器人，其特征在于:包括頭部(1)、機身(2)和尾鰭(3)，所述頭部(I)設置在機身(2)的一端，所述機身(2)的另一端與所述尾鰭(3)的一端固定連接，其特征是，所述頭部(I)和所述機身(2)內部均為空心結構，所述機身(I)內設置有對稱分布的壓電陶瓷堆疊(5)、微位移放大機構(6)和由超磁致伸縮薄膜雙曲片制成的側鰭(7)，所述機身(2)內的對稱中心線處設置有一個垂直于機身(2)底面的固定板(9)，對稱的壓電陶瓷堆疊(5)分別固定在所述固定板(9)的兩側，所述微位移放大機構￠)的一端固定在所述壓電陶瓷堆疊(5)的端部，所述微位移放大機構￠)的另一端固定連接著所述側鰭(7)的一端，所述側鰭(7)的另一端穿過設置在機身(2)側面的側鰭槽(21)并伸出到機身(2)外部，所述側鰭(7)具有一個鈍角折彎結構，所述側鰭(7)通過鈍角折彎結構與所述機身(2)的內部鉸連接；所述頭部(I)內安裝有射頻收發器(4)，所述機身(2)下部內安裝有驅動電源⑶。2.如權利要求1所述的微型無纜游動機器人，其特征在于:所述頭部(I)、機身(2)和側鰭(7)均采用EVA樹脂材料。3.如權利要求1所述的微型無纜游動機器人，其特征在于:所述機身(2)兩側的側鰭槽(21)處通過設置折頁窗(10)對機身(2)進行密封，所述折頁窗(10)上設置有一個與所述側鰭(7)的縱向截面的形狀和尺寸相同的配合孔(11)，所述側鰭(7)穿過所述配合孔(Il)04.如權利要求1所述的微型無纜游動機器人，其特征在于:所述尾鰭(3)的超磁致伸縮薄膜雙曲片由粘連在一起的兩片極化方向相反的超磁致伸縮薄膜片組成。
【專利摘要】本發明公開了一種微型無纜游動機器人，包括頭部、機身和尾鰭，所述頭部設置在機身的一端，所述機身的另一端與所述尾鰭的一端固定連接，其特征是，所述頭部和所述機身內部均為空心結構，所述機身內設置有對稱分布的壓電陶瓷堆疊、微位移放大機構和由超磁致伸縮薄膜雙曲片制成的側鰭，所述頭部內安裝有射頻收發器，所述機身下部內安裝有驅動電源。本發明能夠使微型游動機器人依靠外部磁場實現做功最大的主運動，依靠低功耗的驅動裝置實現轉向運動，結構簡單，續航時間長，具有很好的實用價值。
【IPC分類】A61B17/22
【公開號】CN105030298
【申請號】CN201510342294
【發明人】王晶怡
【申請人】王晶怡
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月19日