微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微型機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 泳動(dòng)微型機(jī)器人由于可以在人體組織液或血液中游動(dòng)而相對較少機(jī)會(huì)造成對人 體組織的損害而成為醫(yī)療機(jī)器人中一種較好的選擇。
[0003] 最近幾年，科學(xué)家也根據(jù)需求，設(shè)計(jì)出了具有潛在實(shí)用價(jià)值的微型泳動(dòng)機(jī)器人方 案。但在進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用以前，還有很多關(guān)鍵的技術(shù)問題需要解決，如何設(shè)計(jì)才能讓泳動(dòng)機(jī)器 人達(dá)到較高的游泳速度是需要解決的難題之一。
[0004] Gabor等人提出了一種帶三片擴(kuò)展翼的泳動(dòng)機(jī)器人方案。這種機(jī)器人的每一片擴(kuò) 展翼上有三個(gè)自由度，由此產(chǎn)生一種波形的推進(jìn)效果。但是主要缺點(diǎn)如下：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，此技 術(shù)基于平擺波推進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)了三個(gè)擴(kuò)展翼，大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行空間 要求較高。速度緩慢，平擺波推進(jìn)技術(shù)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度緩慢；同時(shí)推進(jìn)系統(tǒng)相對整個(gè)系統(tǒng) 過小，無法產(chǎn)生足夠的推力以提高速度。魯棒性低，三個(gè)擴(kuò)展翼任何一個(gè)受到損壞，整個(gè)系 統(tǒng)平衡性受損會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行。
[0005] 國內(nèi)學(xué)者chen等提出一種并行四螺旋的技術(shù)方案。此方案用四個(gè)不同電機(jī)帶動(dòng) 的螺旋結(jié)構(gòu)推進(jìn)裝置，前后各兩個(gè)以產(chǎn)生推力和拉力來帶動(dòng)系統(tǒng)。中間的主體部分設(shè)計(jì)成 膠囊形狀。
[0006] 該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，推進(jìn)速度慢，推進(jìn)速度峰值約為40微米/秒。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，此系統(tǒng) 需要四個(gè)電機(jī)及微控制器，機(jī)械部分和控制邏輯都相當(dāng)復(fù)雜。穩(wěn)定性較差，此系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì) 產(chǎn)生無法避免的抖動(dòng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種推進(jìn)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高的微型游泳 機(jī)器人的推進(jìn)裝置，具體的技術(shù)方案為：
[0008] 微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，包括橢球體形狀的頭部、連接部分和尾部；
[0009] 頭部內(nèi)安裝微型電機(jī)、能源裝置、微型控制器、傳感器；
[0010] 頭部橢球體形狀的幾何形狀由以下方程表示：
[0012] 其中，a#ayz是橢球體的軸的長度。
[0013] 頭部和尾部通過連接部分連接；連接部分包括兩個(gè)圓錐螺旋線，兩個(gè)圓錐螺旋線 的中心線重合交叉組成圓錐雙螺旋結(jié)構(gòu)，連接部分的小端半徑為R 1，連接頭部內(nèi)的微型電 機(jī)，大端連接尾部；中心線由以下方程表示：
[0015] 尾部包括兩個(gè)螺旋線，兩個(gè)螺旋線的中心線重合交叉組成圓柱雙螺旋結(jié)構(gòu)；中心 線由以下方程表示：
[0018] 其中，Rf為螺旋振幅，a為螺旋波長，L?為螺旋的曲線總長度。
[0019] 本發(fā)明提供的微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，極大的提升了微型機(jī)器人的游動(dòng)速 度，根據(jù)ANSYSFluent仿真軟件的結(jié)果，此系統(tǒng)的穩(wěn)定速度達(dá)到約395微米/秒，這個(gè)速度 快于現(xiàn)有技術(shù)的低雷諾系數(shù)流體中螺旋推進(jìn)器最大速度40微米/秒。在相同的扭力作用 下，雙螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)有更大的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。該結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，制造難度較低，要求的運(yùn)行空間較 小，受到?jīng)_擊的可能性也較小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，頭部內(nèi)的核心部件受到較好的保護(hù)，因此在 受到環(huán)境變化沖擊時(shí)具有較高的魯棒性及適應(yīng)能力，頭部預(yù)留了較多空間，有利于擴(kuò)展更 多功能。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明的頭部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的具體技術(shù)方案。如圖1所示，微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置， 包括橢球體形狀的頭部1、連接部分2和尾部3 ;
[0023] 如圖2所示，頭部1內(nèi)安裝微型電機(jī)14、能源裝置11、微型控制器12、傳感器13 ;
[0024] 頭部1橢球體形狀的幾何形狀由以下方程表示：
[0026] 其中，a# a yz是橢球體的軸的長度；
[0027] 頭部1和尾部3通過連接部分2連接；連接部分2包括兩個(gè)圓錐螺旋線，兩個(gè)圓錐 螺旋線的中心線重合交叉組成圓錐雙螺旋結(jié)構(gòu)，連接部分2的小端半徑為R 1，連接頭部1內(nèi) 的微型電機(jī)14,大端連接尾部3 ;中心線由以下方程表示：
[0029] 尾部3包括兩個(gè)螺旋線，兩個(gè)螺旋線的中心線重合交叉組成圓柱雙螺旋結(jié)構(gòu)；中 心線由以下方程表示：
[0032] 其中，Rf為螺旋振幅，a為螺旋波長，L ?為螺旋的曲線總長度。
[0033] 本實(shí)施例的微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，具體參數(shù)為：
[0034] 橢球體形狀的頭部1，頭部長度：X = 2. 5 y m，頭部直徑：Y = Z = 1. 25 y m ;
[0035] 圓錐雙螺旋結(jié)構(gòu)的連接部2，振幅：00? 625 y m，長度：1 ? 8 y m，螺旋管半徑： 0.1 y m ；
[0036] 圓柱雙螺旋結(jié)構(gòu)的尾部3，螺旋振幅（2R) amp I itude: 1 ? 3ym，螺旋間距p itch: 2. 4 y m，螺旋長度length:9. 6 y m ;
[0037] 流體密度 P :0? 998203g/cm3，粘度 n :1. 0087X 10 3Pa ? s，時(shí)間步長： 2. 4X 10 7sec ；
[0038] 電機(jī)轉(zhuǎn)速：200rps，頭部轉(zhuǎn)速：50rps;
[0039] 尾部質(zhì)量：9. 5 X 10 2pN，頭部質(zhì)量：12 X 10 2pN。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，其特征在于：包括楠球體形狀的頭部、連接部分和尾 部；頭部內(nèi)安裝微型電機(jī)、能源裝置、微型控制器、傳感器；頭部和尾部通過連接部分連接； 連接部分包括兩個(gè)圓錐螺旋線，兩個(gè)圓錐螺旋線的中屯、線重合交叉組成圓錐雙螺旋結(jié)構(gòu)， 連接部分的小端連接頭部內(nèi)的微型電機(jī)，大端連接尾部；尾部包括兩個(gè)螺旋線，兩個(gè)螺旋線 的中屯、線重合交叉組成圓柱雙螺旋結(jié)構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，其特征在于：所述的頭部楠球 體形狀的幾何形狀由W下方程表示：其中，ax與ay,是楠球體的軸的長度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，其特征在于：所述的連接部分 的小端半徑為大端連接尾部，中屯、線由W下方程表示：V.4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，其特征在于：所述的尾部的兩 個(gè)螺旋的中屯、線由W下方程表示：其中，Rp為螺旋振幅，a為螺旋波長，Lp為螺旋的曲線總長度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及微型機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，包括橢球體形狀的頭部、連接部分和尾部；頭部內(nèi)安裝微型電機(jī)、能源裝置、微型控制器、傳感器；頭部和尾部通過連接部分連接；連接部分包括兩個(gè)圓錐螺旋線，兩個(gè)圓錐螺旋線的中心線重合交叉組成圓錐雙螺旋結(jié)構(gòu)，連接部分的小端連接頭部內(nèi)的微型電機(jī)，大端連接尾部；尾部包括兩個(gè)螺旋線，兩個(gè)螺旋線的中心線重合交叉組成圓柱雙螺旋結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的微型游泳機(jī)器人的推進(jìn)裝置，極大的提升了微型機(jī)器人的游動(dòng)速度，結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，制造難度較低，要求的運(yùn)行空間較小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有較高的魯棒性及適應(yīng)能力。
【IPC分類】A61B19/00
【公開號(hào)】CN105193507
【申請?zhí)枴緾N201510658779
【發(fā)明人】袁飛, 袁翱, 易發(fā)勝, 范曄宇, 汪海鷹
【申請人】成都大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月13日