微型游泳機器人的推進裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及微型機器人領域，具體涉及微型游泳機器人的推進裝置。
【背景技術】
[0002] 泳動微型機器人由于可以在人體組織液或血液中游動而相對較少機會造成對人 體組織的損害而成為醫(yī)療機器人中一種較好的選擇。
[0003] 最近幾年，科學家也根據(jù)需求，設計出了具有潛在實用價值的微型泳動機器人方 案。但在進入實際應用以前，還有很多關鍵的技術問題需要解決，如何設計才能讓泳動機器 人達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展翼的泳動機器人方案。這種機器人的每一片擴 展翼上有三個自由度，由此產(chǎn)生一種波形的推進效果。但是主要缺點如下：結構復雜，此技 術基于平擺波推進技術，設計了三個擴展翼，大大增加了系統(tǒng)的復雜性，同時系統(tǒng)運行空間 要求較高。速度緩慢，平擺波推進技術導致系統(tǒng)運動速度緩慢;同時推進系統(tǒng)相對整個系統(tǒng) 過小，無法產(chǎn)生足夠的推力以提高速度。魯棒性低，三個擴展翼任何一個受到損壞，整個系 統(tǒng)平衡性受損會導致系統(tǒng)無法運行。
[0005] 國內學者chen等提出一種并行四螺旋的技術方案。此方案用四個不同電機帶動的 螺旋結構推進裝置，前后各兩個以產(chǎn)生推力和拉力來帶動系統(tǒng)。中間的主體部分設計成膠 囊形狀。
[0006]該結構的缺點是，推進速度慢，推進速度峰值約為40微米/秒。結構復雜，此系統(tǒng)需 要四個電機及微控制器，機械部分和控制邏輯都相當復雜。穩(wěn)定性較差，此系統(tǒng)運行時會產(chǎn) 生無法避免的抖動，嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 【實用新型內容】
[0007] 針對上述技術問題，本實用新型提供一種推進速度快、結構簡單、穩(wěn)定性高的微型 游泳機器人的推進裝置，具體的技術方案為：
[0008] 微型游泳機器人的推進裝置，包括橢球體形狀的頭部、連接部分和尾部；
[0009]頭部內安裝微型電機、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，如與如是橢球體的軸的長度。
[0013]頭部和尾部通過連接部分連接;連接部分包括兩個圓錐螺旋線，兩個圓錐螺旋線 的中心線重合交叉組成圓錐雙螺旋結構，連接部分的小端半徑為Rj，連接頭部內的微型電 機，大端連接尾部；中心線由以下方程表示：
[0015]尾部包括兩個螺旋線，兩個螺旋線的中心線重合交叉組成圓柱雙螺旋結構；中心 線由以下方程表示：
[0017] 其中，Rf為螺旋振幅，α為螺旋波長，Lf為螺旋的曲線總長度。
[0018] 本實用新型提供的微型游泳機器人的推進裝置，極大的提升了微型機器人的游動 速度，根據(jù)ANSYSFluent仿真軟件的結果，此系統(tǒng)的穩(wěn)定速度達到約395微米/秒，這個速度 快于現(xiàn)有技術的低雷諾系數(shù)流體中螺旋推進器最大速度40微米/秒。在相同的扭力作用下， 雙螺旋結構會有更大的運轉效率。該結構簡潔緊湊，制造難度較低，要求的運行空間較小， 受到?jīng)_擊的可能性也較小，系統(tǒng)結構穩(wěn)定，頭部內的核心部件受到較好的保護，因此在受到 環(huán)境變化沖擊時具有較高的魯棒性及適應能力，頭部預留了較多空間，有利于擴展更多功 能。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0020] 圖2是本實用新型的頭部結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 結合【附圖說明】本實用新型的具體技術方案。如圖1所示，微型游泳機器人的推進裝 置，包括橢球體形狀的頭部1、連接部分2和尾部3;
[0022]如圖2所示，頭部1內安裝微型電機14、能源裝置11、微型控制器12、傳感器13;
[0023]頭部1橢球體形狀的幾何形狀由以下方程表示：
[0025]其中，ax與ayz是橢球體的軸的長度；
[0026] 頭部1和尾部3通過連接部分2連接;連接部分2包括兩個圓錐螺旋線，兩個圓錐螺 旋線的中心線重合交叉組成圓錐雙螺旋結構，連接部分2的小端半徑為RJ，連接頭部1內的 微型電機14，大端連接尾部3;中心線由以下方程表示：
[0028]尾部3包括兩個螺旋線，兩個螺旋線的中心線重合交叉組成圓柱雙螺旋結構；中心 線由以下方程表示：
[0030] 其中，Rf為螺旋振幅，α為螺旋波長，Lf為螺旋的曲線總長度。
[0031] 本實施例的微型游泳機器人的推進裝置，具體參數(shù)為：
[0032] 橢球體形狀的頭部1，頭部長度:Χ = 2.5μπι，頭部直徑:Υ = Ζ = 1.25μπι;
[0033] 圓錐雙螺旋結構的連接部2，振幅:00 · 625μπι，長度：1 · 8μπι，螺旋管半徑:0 · Ιμπι;
[0034] 圓柱雙螺旋結構的尾部3，螺旋振幅（2R)amp 1 i tude: 1 · 3μπι，螺旋間距pi tch: 2 · 4μ m，螺旋長度 1 ength: 9 · 6μηι;
[0035] 流體密度ρ: 0 · 998203g/cm3，粘度η: 1 · 0087 X 10-3Pa · s，時間步長：2 · 4 X 10-7sec;
[0036] 電機轉速:200rps，頭部轉速:50rps;
[0037] 尾部質量:9 · 5 X 10-2pN，頭部質量：12 X 10-2pN。
【主權項】
1. 微型游泳機器人的推進裝置，其特征在于：包括橢球體形狀的頭部、連接部分和尾 部;頭部內安裝微型電機、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； 連接部分包括兩個圓錐螺旋線，兩個圓錐螺旋線的中心線重合交叉組成圓錐雙螺旋結構， 連接部分的小端連接頭部內的微型電機，大端連接尾部;尾部包括兩個螺旋線，兩個螺旋線 的中心線重合交叉組成圓柱雙螺旋結構。2. 根據(jù)權利要求1所述的微型游泳機器人的推進裝置，其特征在于:所述的頭部橢球體 形狀的幾何形狀由以下方程表示：其中，ax與8\2是橢球體的軸的長度。3. 根據(jù)權利要求1所述的微型游泳機器人的推進裝置，其特征在于:所述的連接部分的 小端半徑為Rj，大端連接尾部，中心線由以下方程表示：4. 根據(jù)權利要求1所述的微型游泳機器人的推進裝置，其特征在于:所述的尾部的兩個 螺旋的中心線由以下方程表示：其中，Rf為螺旋振幅，α為螺旋波長，Lf為螺旋的曲線總長度。
【專利摘要】本實用新型涉及微型機器人領域，具體涉及微型游泳機器人的推進裝置，包括橢球體形狀的頭部、連接部分和尾部；頭部內安裝微型電機、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；連接部分包括兩個圓錐螺旋線，兩個圓錐螺旋線的中心線重合交叉組成圓錐雙螺旋結構，連接部分的小端連接頭部內的微型電機，大端連接尾部；尾部包括兩個螺旋線，兩個螺旋線的中心線重合交叉組成圓柱雙螺旋結構。本實用新型提供的微型游泳機器人的推進裝置，極大的提升了微型機器人的游動速度，結構簡潔緊湊，制造難度較低，要求的運行空間較小，系統(tǒng)結構穩(wěn)定，具有較高的魯棒性及適應能力。
【IPC分類】A61B34/30
【公開號】CN205268282
【申請?zhí)枴緾N201520790562
【發(fā)明人】袁飛, 易發(fā)勝, 汪海鷹, 李小玲, 張君雁, 陳曉丹, 鄭加林
【申請人】成都大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年10月13日