一种圆柱运动机器人

本发明属于机器人，特别涉及一种圆柱运动机器人。

背景技术：

1、在特定加工领域或受限于场地条件时，机床的轻量化和紧凑化设计变得至关重要。其中，多自由度机器人一直是跨行业研发的核心焦点。针对伸缩与旋转功能相结合的需求，市面上现存的解决方案相对较少，其中，典型例子包括通过复杂机械结构设计并伴随着高加工精度要求的航天器抓捕器，以及斯坦福大学赵芮可教授团队在《pnas》期刊上最新发表的关于可伸缩、扭曲机械臂的研究。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提出一种可实现伸缩和旋转两种功能的圆柱运动机器人。

2、本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

3、一种圆柱运动机器人，包括定子部件、动子部件、磁致伸缩位移传感器、电刷滑环、空间姿态传感器、外壳；

4、所述定子部件包括定子外壳、pcb电磁线圈、法兰端盖；pcb线路板在定子外壳体内部沿定子外壳体轴向呈多排等间距设置，每排多个且呈对称安装固定于定子外壳内壁上；两个法兰端盖分别同轴固定安装于定子外壳的两端，在两个法兰端盖内分别安装一轴承套；

5、所述动子部件包括动子芯和输出端法兰盘，动子芯穿装支撑于定位外壳内，通过两端的轴承套与定子部件形成可转动式和轴向可移动式配合；在动子芯的表面沿着设定螺距的螺旋线均匀分布有充磁的动子块，相邻两个动子块之间设置有空隙槽；动子芯的两端部从定位外壳的两端伸出，一端为检测端部，另一端为输出端部；所述输出端法兰盘同轴固定安装于输出端部；

6、所述外壳采用筒状外壳，所述筒状外壳与位于定子芯检测端部一侧的法兰端盖固定连接；

7、在动子芯的检测端部预留有插孔，在动子芯的该端外侧设置有安装面；所述磁致伸缩位移传感器的敏感元件部分同轴固定于外壳内，所述磁致伸缩位移传感器的活动磁环同轴固定安装在动子芯远离输出端法兰盘的一端，用于感知动子部件的沿轴向的位移变化；所述空间姿态传感器固定于安装面处，用于实时监测动子部件的三维角度变化；所述电刷滑环的整体设置于动子芯远离输出端法兰盘的一端外，所述电刷滑环的外环与动子芯的对应端以设定的间距固定连接；所述内环设置于外环内，供敏感元件部分的波导杆穿过；所述外环用于外部的电信号及控制信号输入，并经过内环，将电信号及控制信号输送至pcb电磁线圈。

8、而且，在所述梯形槽内嵌入有磁屏蔽合金。

9、而且，所述动子块沿着螺距为30mm的螺旋线均匀分布，而相邻两个动子块之间设置有15°角的空隙槽。

10、而且，所述pcb电磁线圈在定子外壳体内部沿定子外壳体轴向呈三排等间距设置，每排12个且呈正十二面体状对称安装固定于定子外壳内壁上。所述pcb电磁线圈是在印刷电路板(pcb)上将铜线以多层环绕并首尾相接的布线方式形成的无芯电磁铁结构。

11、而且，还包括内环限转机构，所述内环限转机构包括光杆轴、连接板；光杆轴设置于外壳内，并与动子芯呈平行设置，光杆轴的外端与外壳固定连接；所述连接板的一端通过滑动轴承与光杆轴连接，连接板的另一端与滑环的内环外端部套装配合，实现当外环随动子部件旋转时，内环保持不转动，使得电信号和控制信号能安全传输。

12、而且，还包括保护套，所述保护套采用中部设置有波纹段的套体结构，所述保护套套设置在动子芯的输出端部上，所述保护套的一端与输出端部侧的法兰端盖固定连接，所述保护套的另一端套在动子芯靠近端部的位置。

13、本发明具有的优点和积极效果为：

14、1、本发明机器人动子部件采用由pcb电磁线圈产生的电磁力进行驱动，使用电磁力驱动圆柱机器人进行x轴方向的伸缩与旋转，而非使用电磁感应驱动。这种驱动方式为一种新形的异型二自由度机器人驱动方式，其使得本机器人控制方式更加简单高效，同时该定子使用pcb电磁线圈可以减少剩磁，使该机器人降低对整体设备和系统的影响、减少对整体设备和系统的损害、提高产品的可靠性和安全性，有助于该机器人应用于航空航天或一些高精度精密仪器中。

15、2、本发明动子芯经过精密加工的永磁体，其被加工成独特的具有螺旋与倾斜面的特殊形状，这种独特的形状可以实现高效的磁场响应。永磁体由钕铁硼(ndfeb)或钐钴(smco)(磁铁)材料制成，这种材料对pcb电磁线圈有着极佳的响应特性，从而显著提升了转矩的输出。该动子与定子上的pcb电磁线圈相互协作，两者之间的相互作用使得圆柱机器人能够实现精确的旋转与伸缩运动功能。这种设计不仅保证了运动的准确性和可靠性，还进一步增强了圆柱机器人的动态性能和应用范围。

1.一种圆柱运动机器人，其特征在于：包括定子部件、动子部件、磁致伸缩位移传感器、电刷滑环、空间姿态传感器、pcb电磁线圈、外壳；

2.根据权利要求1所述的圆柱运动机器人，其特征在于：在所述梯形槽内嵌入有磁屏蔽合金。

3.根据权利要求1所述的圆柱运动机器人，其特征在于：所述动子块沿着螺距为30mm的螺旋线均匀分布，而相邻两个动子块之间设置有15°角的空隙槽。

4.根据权利要求1所述的圆柱运动机器人，其特征在于：所述pcb电磁线圈在定子外壳体内部沿定子外壳体轴向呈三排等间距设置，每排12个且呈正十二面体状对称安装固定于定子外壳内壁上。

5.根据权利要求1所述的圆柱运动机器人，其特征在于：还包括内环限转机构，所述内环限转机构包括光杆轴、连接板；光杆轴设置于外壳内，并与动子芯呈平行设置，光杆轴的外端与外壳固定连接；所述连接板的一端通过滑动轴承与光杆轴连接，连接板的另一端与滑环的内环外端部套装配合，实现当外环随动子部件旋转时，内环保持不转动，使得电信号和控制信号能安全传输。

6.根据权利要求1所述的圆柱运动机器人，其特征在于：还包括保护套，所述保护套采用中部设置有波纹段的套体结构，所述保护套套设置在动子芯的输出端部上，所述保护套的一端与输出端部侧的法兰端盖固定连接，所述保护套的另一端套在动子芯靠近端部的位置。