本發(fā)明涉及機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域，尤其是一種可用于模塊化機(jī)器人的同時具備連接和運動功能的新型電控永磁電機(jī)。

背景技術(shù)：

模塊化機(jī)器人是一種可根據(jù)不同的任務(wù)或者不同的工作環(huán)境改變自身構(gòu)型的機(jī)器人，它由多個獨立的具有一定運動和感知能力的基本模塊組成，可以通過模塊之間的連接和斷開操作實現(xiàn)構(gòu)型的改變，從而適應(yīng)不同的任務(wù)需求或者是完成特定的運動。連接能力和運動能力是基本模塊的最重要的兩個功能，而且它們往往是單獨存在的，通過不同的部件去實現(xiàn)。模塊化機(jī)器人連接系統(tǒng)和運動系統(tǒng)的小型化、節(jié)能化以及簡單化一直是這個領(lǐng)域研究的重點。

現(xiàn)有技術(shù)中，模塊化機(jī)器人之間的可控連接方式主要有電磁鐵和機(jī)械鎖。但是這兩種連接方式都存在各自的缺陷，比如電磁鐵需要連續(xù)的供電，對能量要求極高。機(jī)械鎖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，且響應(yīng)速度較慢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種同時具備連接功能和運動功能的新型電控永磁電機(jī)及其應(yīng)用的模塊化機(jī)器人。其特點在于，由多個被線圈纏繞的鎳鈷合金磁鐵、釹鐵硼合金磁鐵和脈沖控制電路組成。通過控制脈沖電流的方向改變鎳鈷合金磁鐵的磁場方向，讓鎳鈷合金磁鐵與釹鐵硼合金磁鐵形成吸力或者磁力來實現(xiàn)連接或者運動功能。當(dāng)用于連接時，是通過磁鐵的“異性相吸”原理，靠鋁鎳鈷合金磁鐵和釹鐵硼合金磁鐵自身的磁場所產(chǎn)生的吸力來實現(xiàn)連接功能，不需要額外的能量供應(yīng)；當(dāng)用于運動時，只需要一個能耗很小的脈沖電流，改變鋁鎳鈷合金磁鐵的磁場方向，通過磁鐵的“同性相斥”原理，靠鋁鎳鈷合金磁鐵和釹鐵硼合金磁鐵自身的磁場所產(chǎn)生的吸力來實現(xiàn)運動功能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種集連接和運動功能的電機(jī)，包括鋁鎳鈷合金磁鐵，釹鐵硼合金磁鐵，銅線圈，脈沖控制電路。

所述的鋁鎳鈷合金磁鐵被所述的銅線圈均勻纏繞。

所述的脈沖控制電路與所述的銅線圈相連接，并可產(chǎn)生高峰值電流的脈沖?？刂泼}沖電流的方向，可改變所述鋁鎳鈷合金磁鐵的軸向磁場方向。

多個所述的被銅線圈纏繞的鋁鎳鈷合金磁鐵按照一定間距平行排布，并與釹鐵硼合金磁鐵軸向平行放置時，通過脈沖控制電路提供的脈沖改變鋁鎳鈷合金磁鐵的磁場方向，讓其它釹鐵硼合金磁鐵與其形成作用力，從而實現(xiàn)連接或者驅(qū)動釹鐵硼合金磁鐵運動。

根據(jù)被發(fā)明的再一個方面，還提供了一種模塊化機(jī)器人，包括上述的集連接和運動功能的電機(jī)；該模塊化機(jī)器人的基本模塊外形為正方體，基本模塊之間可以相互連接和運動；每個基本模塊上安裝有4個釹鐵硼合金磁鐵和6個被銅線圈纏繞的鋁鎳鈷合金磁鐵。

本發(fā)明的有益效果是：（1）本發(fā)明的集連接和運動功能的電機(jī)同時具備了連接功能和運動功能，原本模塊化機(jī)器人系統(tǒng)中同時需要運動系統(tǒng)和連接系統(tǒng)兩套功能系統(tǒng)，采用本發(fā)明只需要一套系統(tǒng)就可以實現(xiàn)全部功能，大大的簡化了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，減輕了機(jī)器人的重量。

（2）本發(fā)明的集連接和運動功能的電機(jī)可以極大的減小機(jī)器人的能量需求，當(dāng)用于連接時，是依靠鋁鎳鈷合金磁鐵和釹鐵硼合金磁鐵自身的磁場來實現(xiàn)的，不需要額外的能量供應(yīng)；當(dāng)用于運動時，每次移動的時候只需要提供一個能耗很小的脈沖電流。

（3）本發(fā)明的集連接和運動功能的電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，可手工制作，且可以實現(xiàn)小型化，對于微型模塊化機(jī)器人來說，是一個非常好的選擇。

（4）本發(fā)明的模塊化機(jī)器人，可組成一個完整的模塊化機(jī)器人平臺，用于搭載其它傳感器或者執(zhí)行器完成特定任務(wù)。同時，由于其制作簡單，也可以用于研究模塊化機(jī)器人的相關(guān)運動和控制算法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的集連接和運動功能的電機(jī)的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明的模塊化機(jī)器人基本模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的模塊化機(jī)器人連接和運動原理示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

參見附圖1，本發(fā)明的集連接和運動功能的電機(jī)包括4部分：釹鐵硼合金磁鐵1、鋁鎳鈷合金磁鐵4和5、銅線圈10和11、脈沖控制電路15。固定板12用于固定鋁鎳鈷合金磁鐵4和5。

所述的脈沖控制電路15，其主要的構(gòu)成為h橋電路。

所述的釹鐵硼合金磁鐵1為圓柱體，磁化方向為軸向磁化，它的磁極分為北極2和南極3。

所述的鋁鎳鈷合金磁鐵4被銅線圈10均勻纏繞，磁化方向也為軸向磁化，它的磁極分為北極6和南極7。所述的鋁鎳鈷合金磁鐵5被銅線圈11均勻纏繞，磁化方向也為軸向磁化，它的磁極分為北極9和南極8。

所述的鋁鎳鈷合金磁鐵4和鋁鎳鈷合金磁鐵5與釹鐵硼合金磁鐵1平行、同軸且緊密接觸。

所述的鋁鎳鈷合金磁鐵4和鋁鎳鈷合金磁鐵5的直徑應(yīng)該大于所述釹鐵硼合金磁鐵1。

所述鋁鎳鈷合金磁鐵4和鋁鎳鈷合金磁鐵5的磁化方向相反,是因為銅線10上通的為正向脈沖電流13，銅線11上通的為反向脈沖電流14。

所述脈沖控制電路15可產(chǎn)生脈沖電流13和脈沖電流14，當(dāng)脈沖電流13和脈沖電流14分別通過銅線圈10時和銅線圈11時，銅線圈10和銅線圈11會產(chǎn)生磁場，磁場可磁化鋁鎳鈷合金磁鐵4和鋁鎳鈷合金磁鐵5，改變其磁場方向。由于銅線圈10和銅線圈11產(chǎn)生的磁場的方向可由脈沖電流13和脈沖電流14的方向控制，因此鋁鎳鈷合金磁鐵4和鋁鎳鈷合金磁鐵5的磁場方向也是可控的。附圖1展示的磁化方向僅僅是一個某一時刻的狀態(tài)。

從附圖1中可以看出所述鋁鎳鈷合金磁鐵4與鋁鎳鈷合金磁鐵5和釹鐵硼合金磁鐵1的磁化方向均相反。此時，釹鐵硼合金磁鐵1與鋁鎳鈷合金磁鐵4互相排斥，釹鐵硼合金磁鐵1與鋁鎳鈷合金磁鐵4互相吸引，在磁場力的作用下，釹鐵硼合金磁鐵1會沿著移動方向16運動。當(dāng)所述釹鐵硼合金磁鐵1運動到與鋁鎳鈷合金磁鐵5軸向平行時，釹鐵硼合金磁鐵1和鋁鎳鈷合金磁鐵5會緊密吸附在一起。之后的運動過程以此類推，運動方向也是可控的。

附圖1僅僅展示了兩個鋁鎳鈷合金磁鐵4與鋁鎳鈷合金磁鐵5和一個釹鐵硼合金磁鐵1，實際應(yīng)用中，可采用多個鋁鎳鈷合金磁鐵和多個釹鐵硼合金磁鐵構(gòu)成。并且也可以固定釹鐵硼合金磁鐵，讓被線圈纏繞的鋁鎳鈷合金磁鐵運動。

參見附圖2，本發(fā)明的模塊化機(jī)器人由多個基本模塊17組成，所述基本模塊17之間可以相互連接和運動。所述基本模塊17外形為正方體，其頂面為開放狀態(tài)。所述基本模塊17上安裝有4個小孔，小孔18、小孔19、小孔20、小孔21用于安裝釹鐵硼合金磁鐵，有6個大孔，大孔22、大孔23、大孔24、大孔25、大孔26、大孔27用于安裝纏繞了銅線圈的鋁鎳鈷合金磁鐵。所述小孔18、小孔19、小孔20、小孔21被安裝在2個相鄰側(cè)面，每個側(cè)面安裝2個。所述大孔22、大孔23、大孔24、大孔25、大孔26、大孔27被安裝在另外2個相鄰側(cè)面，每個側(cè)面安裝3個。

附圖3用3個基本模塊，基本模塊28、基本模塊29、基本模塊30展示了本發(fā)明的模塊化機(jī)器人連接和運動原理。其中基本模塊28和基本模塊29的安裝有釹鐵硼合金磁鐵的面與基本模塊30安裝有纏繞了銅線圈的鋁鎳鈷合金磁鐵的面相對。

附圖3所示的時刻，3個基本模塊處于穩(wěn)定狀態(tài)，通過改變纏繞了銅線圈的鋁鎳鈷合磁鐵34、35、36上通過電流的方向可控制鋁鎳鈷合磁鐵的磁場方向，從而控制基本模塊30沿著基本模塊28和基本模塊29運動。在附圖3所示的時刻，僅僅將纏繞了銅線圈的鋁鎳鈷合磁鐵32的磁化方向反向時，基本模塊30會沿著方向34運動；僅僅將纏繞了銅線圈的鋁鎳鈷合磁鐵33的磁化方向反向時，基本模塊30會沿著方向35運動。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明也可以具有其它的形式變化，上述實施例僅僅起到對上述發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的示范作用，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明所限定的保護(hù)范圍內(nèi)還有很多常規(guī)變形和其它實施例。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示實施例，而是要符合于本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。