无缆微型游动机器人驱动磁场系统的研究

提出了一种基于组合线圈结构的磁场系统驱动实验方案,以实现基于磁致伸缩薄膜驱动器的泳动微型机器人的磁控驱动与游动实验参数的检测．首先介绍了该组合线圈的功率优化与设计方法,然后分析了保证一定区域内磁场均匀性的技术方案,最后用ANSYS软件对所设计的组合线圈进行了仿真和验证．实验结果表明该组合结构磁场系统的性能可以满足无缆微型机器人的磁控驱动的设计要求．     

超磁致伸缩换能器的研制

0引言磁致伸缩效应是焦耳于1842年发现的。＿1842年人们开始利用磁致伸缩材料制作水声换能器并投入使用。然而因其应变很小,耦合困难故一直无法使用到岩体的探测之中。近年来,人们在探索一种新型的高机电转换效率、大应变的磁致伸缩材料,在超磁致伸缩材料的方面已获得?..     

超磁致伸缩薄膜/光纤的制备及其磁探测性能

采用磁控溅射工艺在光纤表面制备了厚度均匀的TbDyFe超磁致伸缩薄膜。利用马赫 曾德尔干涉仪对TbDyFe超磁致伸缩薄膜/光纤传感器的磁探测性能进行了实验测试。结果表明:在调制频率f=1kHz附近,传感器对磁场具有最大的信号响应;在恒定直流磁场及调制磁场强度小于1kA/m的条件下,输出信号大小随调制磁场强度线性增加;在35～50kA/m的直流磁场范围内,传感器(对应1m长传感臂)可探测的最小磁场变化Hmin=8.6×10-2A/m,若采用分辨力为10-6rad的干涉仪并增加镀膜光纤的长度和薄膜厚度,则可进一步提高传感器的磁探测灵敏度。     

超磁致伸缩力传感器的模型研究

磁致伸缩逆效应是稀土超磁致伸缩材料的一个重要应用特性,应用磁致伸缩逆效应可以制作超磁致伸缩力传感器,基于能量变分原理,建立了超磁致伸缩力传感器的有限元模型。应用该模型计算了超磁致伸缩力传感器空气隙中的磁感应强度和磁致伸缩棒上施加力的关系,并与实验值进行了比较。计算结果与实验结果符合较好,表明建立的超磁致伸缩力传感器的有限元模型是有效的。     

基于ARM的超磁致伸缩微驱动器的偏置与驱动电路设计

超磁致伸缩微驱动器的工作主要需要提供一个可控的偏置磁场和驱动磁场,前者使超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性得到优化,消除倍频效应,后者实现对微驱动器的输出位移控制;设计一个可控电流源,采用悬浮负载功率放大恒流电路,并通过ARM处理器的数模控制,使指定电流通过电磁线圈以产生所需磁场强度;该设计的可控电源,可输出最大±5A的电流,提供给偏置和驱动线圈,实现微驱动器的直观、灵活的控制。     

超磁致伸缩执行器的P-模糊PID控制

在微加工领域应用超致伸缩材料的研究中,为提高超磁致伸缩执行器控制系统的定位精度,根据压磁方程和超磁滞伸缩执行器的动力学特性建立了执行器的数学模型,为加快系统响应速度,提出了将模糊理论及PID理论相结合的控制方案,利用MATLAB模糊逻辑工具箱设计了P-模糊PID控制器.在simulink图形仿真环境下,利用P-模糊PID控制方法和常规PID控制方法进行控制实验.经仿真比较和分析,采用P-模糊PID控制方法优于常规PID控制方法,并且P-模糊PID控制下的系统响应迅速,无超调,调节精度高,可为设计提供参考.     

—种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器．该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上，改变其谐振频率，通过对谐振频率的检测进行磁场测量．该传感器可以用于静态和动态磁场测量，并且可用作无源、无线磁传感器．主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理，给出了实验结果．传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132Hz／Oe，谐振频率测量分辨率在1Hz时，磁场测量分辨率可达10^-7T数量级．     

超磁致伸缩换能器磁滞非线性分析及驱动信号探究

通过对超磁致伸缩材料的磁畴理论、磁滞非线性以及倍频现象的分析,提出了超磁致伸缩换能器驱动信号应具有减小磁畴惯性、削弱剩磁和消除倍频现象的能力;综合以上因素,确立了一种新的能够满足要求的驱动信号.实验结果表明:提出的换能器驱动信号的驱动效率要明显优于目前使用的方波信号和梯形波信号.提出的观点为换能器的驱动电路设计奠定了基...     

一种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器.该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上,改变其谐振频率,通过对谐振频率的检测进行磁场测量.该传感器可以用于静态和动态磁场测量,并且可用作无源、无线磁传感器.主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理,给出了实验结果.传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132 Hz/Oe,谐振频率测量分辨率在1 Hz时,磁场测量分辨率可达10-7T数量级.     

仿生机器鱼研究的进展与分析

介绍了仿生机器鱼具有效率高、机动性好、噪音低、对环境扰动小的特点和几种分类方法, 以及国内外在鱼类推进机理和仿生机器鱼研制方面的成果和现状, 在此基础上分析了机器鱼研究的主要内容: 鱼类推进理论模型、仿生机器鱼机械结构、仿生机器鱼游动的推进速度、运动方程、Q效率、Q功率等方面的客观规律, 特别是其控制性能和相关技术问题.     

两栖仿生机器人研究综述

概述了两栖仿生机器人的发展过程,主要从腿式和蛇形两方面介绍国内外两栖机器人的研究现状,分析了目前两栖机器人研究存在的一些难点问题,并展望了两栖机器人的未来发展。     

体内微型机器人的全方位旋进驱动特性

提出了一种由外旋转磁场驱动的体内微机器人．它以相邻径向异向磁化瓦状多磁极圆筒形NdFeB永磁体为外驱动器,以机器人内嵌同结构的NdFeB永磁体为内驱动器,外驱动器旋转时产生旋转磁场,通过磁机耦合作用于内嵌驱动器形成机器人驱动力矩,在本体外表面螺纹与流体动压力的作用下,实现机器人在管道内的在线旋进．在建立微机器人游动模型的基础上,以垂直管道为试验环境,研究了机器人的全方位驱动特性,试验结果表明机器人可以实现管道内全方位驱动．     

具有多种运动方式的小型模块化双手爪机器人MiniBibot

受尺蠖等动物攀爬动作的启发,开发了一款舵机驱动的具有多种运动方式的小型双手爪机器人MiniBibot.采用模块化方法设计和搭建了机器人系统,以攀爬杆件为控制实例介绍了用户程序开发的步骤和方法.然后根据该机器人的构型,提出了5种可实现的运动方式,并分析了各自的特点和应用.最后通过一系列实验,充分展示和验证了所提出的双手爪机器人系统及其运动方式的有效性和可行性.     

微型薄膜锂离子电池负极材料SnO_x掺杂Cu研究

研究了掺杂Cu的Sn的氧化物薄膜,它可以作为微型薄膜锂电池负极材料。这种薄膜是采用磁控溅射的方式,在硅基底上沉积了SnOx和金属Cu。XRD分析和SEM观察表明:随着金属Cu掺杂量的增加,所制备薄膜由晶态趋向于非晶态,有利于锂离子的嵌入与脱出。恒电流充放电测试表明:随着金属Cu掺杂量的增加,SnOx薄膜放电容量有所增加,循环性能有很大的提高。这种掺杂Cu的SnOx薄膜的制备方法可用于微型薄膜锂离子电池。     

机器人技术研究进展

机器人技术的研究已从传统的工业领域扩展到医疗服务、教育娱乐、勘探勘测、生物工程、救灾救援等新领域, 并快速发展. 本文简要介绍了工业机器人、移动机器人、医疗与康复机器人和仿生机器人研究中的部分主要进展, 并通过分析和梳理, 归纳了机器人技术发展中的一些重要问题, 探讨机器人技术的发展趋势.     

仿蚯蚓蠕动微机器人牵引与运动控制

为进入人体腔道开展作业,开发了一种直径6mm的仿蚯蚓多关节蠕动微机器人样机．机器人使用十字万向节连接直线驱动器,在弯曲腔道中能自适应改变自身姿态．基于Preisach模型和偏转模型,提出了形状记忆合金偏转机构的前馈控制方案,头舱控制最大偏转误差为2.6°．基于新型蠕动原理,建立了牵引模型,给出了有效驱动的条件．对机器人的牵引力、运动速度、在不同摩擦系数介质表面上的运动能力、头舱姿态进行了试验．结果表明,机器人的爬坡能力依赖于机器人和运动表面间的摩擦系数,新型蠕动原理能提供较大的牵引力,合适的驱动频率下可以得到最大的运动速度．     

Dynamic Modeling and Hydrodynamic Performance of Biomimetic Underwater Robot Locomotion

We developed a dynamic model of a Nitinol artificial muscle activated biomimetic robot. The robot was reverse engineered from the American lobster and built in the Biomimetic Underwater Robot Program at Northeastern University. It is intended for autonomous remote-sensing operations in shallow waters. An experimentally based Nitinol artificial muscle model was integrated into the robot dynamic model. The hydrodynamic characteristics of the robot were determined experimentally. The muscle control signals were generated by utilizing a readily available biomimetic control architecture. The effects of the timing parameters were investigated. Simulations indicate that the developed robot is able to locomote with high stability. It can walk against constant currents and surge.