两自由度压电惯性驱动管道机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种两自由度压电惯性驱动管道机器人，其包括第一主体、第二主体、柔性连接板、板簧片、压电堆、支撑足、压电振子组件和压电微型注射器，柔性连接板的第一端与第一主体连接，且其第二端通过调节螺栓与板簧片的第一端固定连接，板簧片的第二端上部设有摩擦球，压电堆的第一端和第二端分别与第二主体和柔性连接板连接，支撑足的第一端和第二端分别通过第一螺栓和第二螺栓与第一主体以及第二主体连接，且压电振子设于第一主体上，压电微型注射器设于第二主体上。本发明专利技术的管道机器人结构简单，可以在管道内实现多自由度运动，并且第一主体和第二主体间预留较大的空间用来安装执行器或传感器，可以实现在管道内的微操作和检测等功能。和检测等功能。和检测等功能。

【技术实现步骤摘要】
两自由度压电惯性驱动管道机器人


[0001]本专利技术属于管道机器人
，特别涉及一种两自由度压电惯性驱动管道机器人。

技术介绍

[0002]管道作为输送载体，在人类生产、生活中发挥着巨大作用。工业界和医学领域都存在许多的微小管道，如冷凝管、试管、肠道等管道结构，由于受空间狭窄等因素的限制，需要管道机器人具有小巧的体积，灵活的运动以及可靠的控制，所以对能携带探测或维修装置等执行器的微小管内机器人的需求日益增加。惯性驱动(冲击驱动和粘滑驱动)与压电驱动的结合是微小管道机器人重要的驱动方式。但是目前的惯性驱动大多都采用惯性冲击驱动，运动自由度少，并且没有空间和平台安装执行器用来进行管道机器人的执行操作。

技术实现思路

[0003]针对以上情况，本专利技术提供了一种速度可调节、在管道内既可以前进后退，又可以旋转作业，且安装有末端执行器的管道机器人。
[0004]本专利技术采用的技术方案是，一种两自由度压电惯性驱动管道机器人，其包括第一主体、第二主体、柔性连接板、板簧片、压电堆、支撑足、压电振子组件和压电微型注射器，所述第一主体包括第一通孔、柔性连接板安装槽和第一凹槽，所述第一通孔设于所述第一主体的中间部，且所述第一主体的第一端面对称设有所述柔性连接板安装槽，所述第一主体外侧弧面上对称设有所述第一凹槽，所述第二主体包括第二通孔和第二凹槽，所述第二通孔设于所述第二主体的中间部，且所述第二主体的第一端面对称设有所述第二凹槽；所述柔性连接板呈L型结构，且所述柔性连接板的第一端设于所述柔性连接板安装槽中，所述柔性连接板的第二端通过调节螺栓与所述板簧片的第一端固定连接，且所述板簧片的第二端上部设有摩擦球，所述压电堆的第一端设于所述第二主体的第二凹槽中，且所述压电堆的第二端穿过所述第一凹槽设于所述柔性连接板的柔性连接板凹槽中，所述支撑足呈弯曲结构状，且所述支撑足的第一端和第二端分别通过第一螺栓和第二螺栓与所述第一主体以及第二主体连接，所述支撑足第一端和第二端的凸起处均设有光滑球；所述压电振子设于所述第一主体上，且所述压电振子包括连接轴、压电连接板、金属半圆环和压电片，所述连接轴安装于所述第一通孔中，且所述连接轴的两侧对称设有所述压电连接板，所述压电连接板的第一端设有所述金属半圆环，所述压电片包括四个压电片，且四个所述压电片均设于所述压电连接板上；以及所述压电微型注射器设于所述第二主体上，且所述压电微型注射器包括压电叠堆陶瓷封装部件、第一减震部件、第二减震部件和注射针，所述压电叠堆陶瓷封装部件安装于所述第二通孔中，且所述第一减震部件设于所述压电叠堆陶瓷封装部件上，所述第二减震部件设于所述第一减震部件上，且所述注射针设于所述第二减震部件上。
[0005]优选地，所述第一主体的外侧弧面均布设有所述第一连接孔，且所述第一连接孔位于所述第一凹槽的两侧。
[0006]优选地，所述第二主体的外侧弧面均布设有所述第二连接孔，且所述第二连接孔位于所述第二凹槽的两侧。
[0007]进一步地，所述柔性连接板的第二端设有柔性连接孔，所述板簧片的第一端设有板簧片连接孔，所述调节螺栓穿过所述板簧片连接孔与所述柔性连接孔螺纹连接。
[0008]优选地，所述支撑足的第一端和第二端分别设有第一支撑足连接孔和第二支撑足连接孔。
[0009]进一步地，所述第一螺栓穿过所述第一支撑足连接孔与所述第一连接孔螺纹连接，所述第二螺栓穿过所述第二支撑足连接孔与所述第二连接孔螺纹连接。
[0010]进一步地，所述第二凹槽的中间位置设有压电堆连接孔，所述压电堆调节螺栓与所述压电堆连接孔螺纹连接，且所述压电堆调节螺栓的第一端与所述压电堆的第一端面重合，通过旋转所述压电堆调节螺栓能调节所述压电堆与所述柔性连接板之间的预紧力。
[0011]优选地，所述第一主体和第二主体的外径均相等，且所述第一主体的中线轴线与所述第二主体的中线轴线重合，且所述第一主体和第二主体在外侧弧面上均设有减重孔。
[0012]本专利技术的特点和有益效果是：
[0013]1、本专利技术提供的一种两自由度压电惯性驱动管道机器人，采用压电驱动技术，其具有体积小巧，动态响应频率快等优点。此外以压电惯性为驱动方式的管道机器人与其他管道机器人相比，压电惯性驱动管道机器人具有噪声低、能量损耗小、结构简单等优点。
[0014]2、本专利技术提供的一种两自由度压电惯性驱动管道机器人，柔性连接板与板簧片之间通过调节螺栓连接，通过调节调节螺栓在板簧片连接孔中的位置，既可调节板簧片至第一主体中心轴线的距离，以便于管道机器人可以适应于不同的管道直径。
[0015]3、本专利技术提供的一种两自由度压电惯性驱动管道机器人，支撑足与第一主体以及第二主体间均采用螺栓连接，通过调节第一螺栓和第二螺栓在第一连接孔以及第二连接孔中的深度，即可调节支撑足至第一主体中心轴线的距离，以便于管道机器人可以适应于不同的管道直径。
[0016]4、本专利技术提供的一种两自由度压电惯性驱动管道机器人，采用第一主体和第二主体连接支撑结构，使得机器人中间以及主体上预留了较大的负载空间，并在第一主体与第二主体中间安装压电振子，可以实现机器人在管道内的旋转，实现了机器人的多自由度位移。
[0017]5、本专利技术提供的一种两自由度压电惯性驱动管道机器人，在第二主体上安装压电微型注射器，使得本专利技术可以在管内移动的情况下，通过执行器在管内进行微操作，如细胞的破膜和微注射等。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的整体结构示意图；
[0019]图2为本专利技术的第一主体结构示意图；
[0020]图3为本专利技术的第二主体结构示意图；
[0021]图4是本专利技术柔性连接板的第一侧视图；
[0022]图5是本专利技术柔性连接板的第二侧视图；
[0023]图6是本专利技术的板簧片结构示意图；
[0024]图7是本专利技术的压电振子组件结构示意图；
[0025]图8是本专利技术的压电微型注射器结构示意图；
[0026]图9是本专利技术的支撑足结构示意图；
[0027]图10是本专利技术的安装于管道中的主视图；
[0028]图11是本专利技术安装于管道中的右视图；
[0029]图12是本专利技术安装于管道中的左视图；
[0030]图13是本专利技术的压电片电极示意图；
[0031]图14是本专利技术的第一种激励信号；
[0032]图15是本专利技术的第二种激励信号；
[0033]图16a-16d分别是本专利技术激励信号下压电振子组件旋转驱动示意图。
[0034]主要附图标记：
[0035]第一主体1；第一通孔11；柔性连接板安装槽12；第一凹槽13；第一连接孔14；第二主体2；第二通孔21；第二凹槽22；第二连接孔23；压电堆连接孔24；柔性连接板3；调节螺栓31；柔性连接孔32；柔性连接板凹槽33；板簧片4；摩擦球41；板簧片连接孔42；压电堆5；支撑足6；第一螺栓61；第二螺栓62；光滑球63；第一支撑足连接孔64；第二支撑足连接孔65；压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两自由度压电惯性驱动管道机器人，其特征在于，其包括第一主体、第二主体、柔性连接板、板簧片、压电堆、支撑足、压电振子组件和压电微型注射器，所述第一主体包括第一通孔、柔性连接板安装槽和第一凹槽，所述第一通孔设于所述第一主体的中间部，且所述第一主体的第一端面对称设有所述柔性连接板安装槽，所述第一主体外侧弧面上对称设有所述第一凹槽，所述第二主体包括第二通孔和第二凹槽，所述第二通孔设于所述第二主体的中间部，且所述第二主体的第一端面对称设有所述第二凹槽；所述柔性连接板呈L型结构，且所述柔性连接板的第一端设于所述柔性连接板安装槽中，所述柔性连接板的第二端通过调节螺栓与所述板簧片的第一端固定连接，且所述板簧片的第二端上部设有摩擦球，所述压电堆的第一端设于所述第二主体的第二凹槽中，且所述压电堆的第二端穿过所述第一凹槽设于所述柔性连接板的柔性连接板凹槽中，所述支撑足呈弯曲结构状，且所述支撑足的第一端和第二端分别通过第一螺栓和第二螺栓与所述第一主体以及第二主体连接，所述支撑足第一端和第二端的凸起处均设有光滑球；所述压电振子设于所述第一主体上，且所述压电振子包括连接轴、压电连接板、金属半圆环和压电片，所述连接轴安装于所述第一通孔中，且所述连接轴的两侧对称设有所述压电连接板，所述压电连接板的第一端设有所述金属半圆环，所述压电片包括四个压电片，且四个所述压电片均设于所述压电连接板上；所述压电微型注射器设于所述第二主体上，且所述压电微型注射器包括压电叠堆陶瓷封装部件、第一减震部件、第二减震部件和注射针，所述压电叠堆陶瓷封装部件安装于所述第二通孔中，且所述第一减震部件设于所述压电叠堆陶瓷封装部件上，所述第二减震部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢继春，宁超，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：