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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010861340.9 (22)申请日 2020.08.25 (71)申请人 东北电力大学 地址 132012 吉林省吉林市船营区 (72)发明人 王俊尧李云鹏刘欢佘进波 孙功臣陈星宇 (74)专利代理机构 长春市吉利专利事务所(普 通合伙) 22206 代理人 李晓莉 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) (54)发明名称 一种软体模态驱动的仿生机器人 (57)摘要 本发明提供一种软体模态驱动的仿生机器 人， 其包括驱动模块和执行模块以及软体模态驱。
2、 动方法。 其驱动模块包括驱动足、 固定片、 环氧树 脂粘接层、 压电陶瓷堆、 电极、 无线供能线圈等， 用来为机器人提供动力源。 执行模块主要由PDMS 膜组成， 对压电驱动器整体进行封装。 两个模块 通过彼此间的配合来实现机器人的六自由度运 动。 使用软体压电驱动器作为动力源， 通过控制 激励频率的大小控制驱动器的运动方向。 本发明 所设计的仿生机器人具有不需传动机构,位移控 制精度高,可达0.01微米， 响应速度快,约为10微 秒,无机械吻合间隙,可实现电压随动式位移控 制， 能实现在水下的全方位移动等优点。 权利要求书1页 说明书2页 附图2页 CN 111993390 A 2020.。
3、11.27 CN 111993390 A 1.一种使用软体压电驱动的仿生机器人， 其特征在于： 包括驱动模块与执行模块。 驱动 模块由机架2、 固定片3、 压电叠堆4、 电极10、 无线供能线圈1组成； 执行模块为PDMS膜所制成 的外壳5。 驱动器的五个驱动足与机器人的五个足无间隙啮合， 采用压电驱动,位移控制精 度高,可响应速度快,无机械吻合间隙,可实现电压随动式位移控制， 能实现在水下的全方 位移动。 2.一种使用软体模态驱动的仿生机器人， 其特征在于： 驱动模块中的机架的材料为 PDMS， 将压电叠堆4与压电叠堆6分别放置在机架2的上下表面， 压电叠堆由6片压电陶瓷组 成， 由无线供能。
4、线圈对压电陶瓷对进行供电， 压电陶瓷与机架之间通过一层由环氧树脂制 作的粘接层进行连接， 五个驱动足的两侧分别有一对固定片。 3.一种使用软体模态驱动的仿生机器人， 其特征在于： 驱动方式采用软体压电驱动器， 驱动器的结构与仿生机器人的结构基本一致， 驱动器的五个驱动足通过不同大小的电激励 产生不同方向的位移， 对不同激励频率下的驱动足的位移变化进行组合， 根据所需要的运 动方式去调节激励频率的时序。 4.根据权利要求3所述， 仿生机器人的驱动模块是利用压电陶瓷的逆压电效应， 将电能 转化为机械能， 通过对上下两个表面的压电叠堆依次激励， 实现机器人的六自由度运动.在 激励电压为A伏时， 机器。
5、人会实现x、 z轴的正负方向运动； 在激励电压为B伏时， 机器人会实 现x、 y轴的正负方向运动； 当激励电压为C伏时， 机器人的五个驱动足会实现绕Z轴的旋转运 动。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111993390 A 2 一种软体模态驱动的仿生机器人 技术领域 0001 本发明涉及一种软体模态驱动的仿生机器人。 背景技术 0002 近年来随着机器人向智能化的方向发展， 仿生机器人的研究领域引起了国内外研 究学者的广泛关注。 仿生机器人的研究理念是基于仿生学原理， 通过模仿自然界中生物的 外部结构， 运动特征和行为方式的系统， 能从事生物特点工作的机器人， 已逐渐在抢险救 灾， 深海探索。
6、以及太空等领域展现出了良好的应用前景。 为了让仿生机器人适应不同的工 作环境以及能够达到预期的运动效果， 所以对仿生机器人的驱动方式的研究就显得尤为的 重要。 传统的仿生机器人采用电机驱动， 气动驱动， 形状记忆材料驱动， 电活性聚合物(EAP) 驱动等驱动方式， 不能实现纳米级别的精确控制。 为此该发明的驱动方式采用的是软体压 电驱动器。 0003 压电驱动器是指利用逆压电效应， 将电能转变为机械能或机械运动的装置。 压电 驱动器由于精度高， 量程大， 响应快等特点已广泛应用在微操作系统中。 在以往对压电驱动 器的外部结构研究里多数采用的是刚性结构， 在软体仿生机器人上无法进行应用， 为此设。
7、 计了一款以软体结构的压电驱动器， 使其作为软体仿生机器人的驱动方式， 具有不需传动 机构,位移控制精度高,可达 0.01微米， 响应速度快,约为10微秒,无机械吻合间隙,可实现 电压随动式位移控制， 能实现在水下的全方位移动等优点。 发明内容 0004 本发明设计出一种具有量程大、 精度高、 响应快的软体压电驱动的仿生机器人。 能 实现其在水下的六自由度运动。 0005 为实现上述目的， 本发明采用如下方案， 一种使用软体压电驱动的仿生机器人， 其 特征在于： 包括驱动模块与执行模块。 驱动模块由PDMS膜、 固定片、 环氧树脂粘接层、 压电陶 瓷堆、 电极、 无线供能线圈组成； 执行模块为。
8、PDMS膜所制成的外壳。 0006 初始状态时， 仿生机器人的五个驱动足平行于XY平面。 在进行驱动时， 会对机架上 下表面的压电叠堆输入不同的激励电压。 0007 激励电压为A伏时， 机器人会实现X、 Z轴的正负方向运动； 在激励电压为B伏时， 机 器人会实现X、 Y轴的正负方向运动； 当激励电压为C伏时， 机器人的五个驱动足会实现绕Z轴 的旋转运动。 能够实现机器人在水下的六个方向的自由运动。 0008 通过对压电叠堆4和压电叠堆6的轮换激励， 使得机器人的五个驱动足实现在X、 Y、 Z方向的运动轨迹为椭圆。 0009 在设计压电驱动器之前， 首先需要通过仿真对驱动器的整体结构进行确定。 。
9、在对 驱动器进行仿真时， 其一阶模态为x、 z轴的正负方向振动； 三阶模态为x、 y轴的正负方向振 动。 为了使一、 三阶模态的激励频率接近， 需要不断地改进压电驱动器的整体尺寸及构型。 0010 驱动模块中的机架的材料为PDMS， 将压电叠堆4与压电叠堆6分别放置在机架2的 说明书 1/2 页 3 CN 111993390 A 3 上下表面， 压电叠堆由五片压电陶瓷组成， 由无线供能线圈对压电陶瓷对进行供电， 压电陶 瓷与机架之间通过一层由环氧树脂制作的粘接层进行连接， 五个驱动足的两侧分别有一对 固定片。 附图说明 0011 图1为机器人整体结构。 0012 图2为机器人内部结构。 001。
10、3 图3为压电叠堆结构。 0014 其中， 1、 无线供能线圈， 2、 机架， 3、 固定片， 4和6为压电叠堆， 7、 压电陶瓷片， 8、 银 电极， 9、 绝缘层， 10、 电极。 具体实施方式 0016 本发明包括驱动模块和执行模块。 驱动模块由机架、 固定片、 压电陶瓷堆、 电极、 无 线供能线圈组成； 执行模块为PDMS膜所制成的外壳。 0017 对设计的软体压电驱动其结构进行仿真， 确定其模态， 得知模态的固有频率， 选出 所需的一阶及三阶模态， 通过改变结构的大小以及形状的微调使得一阶和三阶的固有频率 相等或者接近。 0018 压电驱动器的原理是利用逆压电效应， 将电能转变为机械。
11、能或机械运动的装置， 由于压电驱动器本身的输出位移过小。 因此， 使用压电叠堆将其输出位移进行放大。 0019 本装置就是利用逆压电效应， 当外界给压电陶瓷的两端施加电压时， 压电陶瓷内 部正负电荷中心会发生相对位移而极化， 由此而产生变形。 压电叠堆由压电陶瓷片， 电极， 银电极， 绝缘层组成。 0020 压电叠堆由压电陶瓷片7， 电极10， 银电极8， 绝缘层9组成。 0021 在压电陶瓷的上下两端镀银， 通过无线能量线圈给压电陶瓷两端的外部电极通以 电流， 使该多层压电陶瓷产生极化， 在两端电压的驱动下产生机械振动。 0022 压电陶瓷需要预先通过极化的处理， 其内部结构是利用在压电陶瓷。
12、的两端不镀满 银且呈叉指型的排列结构。 0023 在内电极的一端留有一定空隙， 放置绝缘材质， 将内电极镀银面上的一端与外部 电极进行隔离， 该材料采用的都是软体材料. 0024 通过仿真可知， 在激励电压为A伏时， 机器人会实现x、 z轴的正负方向运动； 在激励 电压为B伏时， 机器人会实现x、 y轴的正负方向运动； 当激励电压为C伏时， 机器人的五个驱 动足会实现绕Z轴的旋转运动。 0025 为了使驱动足的运动轨迹为一个封闭轨迹， 在驱动器的上下表面均布置了压电叠 堆， 通过对两个压电叠堆的交替激励， 从而实现五个驱动足在X、 Y、 Z 的运动轨迹均为椭圆 轨迹。 从而实现机器人的六自由度运动。 说明书 2/2 页 4 CN 111993390 A 4 图1 图2 说明书附图 1/2 页 5 CN 111993390 A 5 图3 说明书附图 2/2 页 6 CN 111993390 A 6 。