胶囊式微型机器人驱动转矩的研究

提出一种外旋转磁场驱动的具有径向间隙自补偿功能的胶囊式微型机器人模型．对机器人的驱动转矩特性进行了研究,建立了磁驱动转矩数学模型．根据机器人在流体中的阻力矩特性,研究了磁驱动转矩克服流体阻力矩引起的机器人丢步转速现象,分析了丢步转速与螺旋结构参数的关系．游动试验表明,机器人磁驱动系统没有发生丢步现象,通过径向间隙调整,可以实现胶囊机器人推力与阻力矩的控制．     

令人瞩目的微型机器人

微型机械精益求精 科学家们预测,人类进入21世纪后,世界上将会活跃着大量的微型机器人。微型技术前程远大,机器人组件将进一步缩小,出现在现代人面前的将不再是小型机件,而是微型乃至于毫微型机件。     

电磁驱动式微型机器人的移动机理和设计

近十年来，微型机器人的研究日新月异，由于微型机器人的本身特点，使得其移动机理和结构设计与普通的机器人手极不同，本文试图说明电磁驱式微型机器人的移动机理和结构设计文章首先对电磁驱动式微型机器人的移动机理进行了分析，特别指出了其特殊的运动方式，由电磁铁作为驱动元件使脚部拍打本体而形成横向运动。文章认为机器人的运动可分为三个过程，起跳阶段，腾空阶段和下落阶段，这三个阶段循环往复而形成运动，而起跳阶段是积     

无线供能胃肠道微型诊查机器人系统研究

本文介绍一种新型无缆机器人内镜系统．通过对无线供能、通讯、图像三个子系统的研究,解决了机器人由于拖线而不能深入人体的问题,实现了无线化．设计的双闭环控制无线能量传输系统传输效率达3~8%,传输功率800 mW,为体内无创、微创诊疗器械的进一步研究奠定了基础．通过机器人头部的微型摄像装置,可以把体内图像信息以30帧/秒的帧率实时传输到体外．研制的机器人样机直径12 mm,长150 mm,猪结肠离体实验的结果表明,该机器人能够适应柔软、粘滑的肠道组织．     

未来的微型机器人

微型机械的基本定义包括3个方面:1至10毫米为小型机械,10微米至1毫米为微型机械,10纳米至10微米为超微型机械.它的体积可以缩小到微米级甚至亚微米级,重量轻至纳克,加工精度为微米级或纳米级.微型机械之所以倍受青睐,在于它体积小,受热膨胀、噪声和挠曲等因素的影响极小,性能无多大变化,能够维持稳定的工作.     

轮腿式微型机器人系统研究

轮腿复合式机器人是在轮式机器人的基础上,通过优化轮子设计以达到快速灵活运动的一种新型的地面移动系统。该机器人主体由机架、两条主轴、齿轮减速机构、轮腿复合机构组成,由单电机驱动,控制系统相对简单。该机器人相比于普通轮式机器人具有较强的越障能力,且结构精简、体积小、重量轻。采用ADAMS对该机器人进行了运动学和动力学仿真,详细探讨了其越障能力、安装相位、轮腿结构、步态等关键问题,为其物理样机的设计、优化和控制提供了理论依据。     

微型机器人的发展动向

自工业机器人问世以来,其种类日益繁多、性能不断改进、工作领域也在继续扩大.从深海到宇宙空间,在各种人体所不能承受的极限环境条件下都能找到机器人的应用。目前,机器人又开始进入一个新的发展领域:巨型系统(如全自主控制的高人工智能无人航天站)和微型系统.本文只涉及近年来国际上微型系统的发展动向。     

微型机器和微型机器人的研究与发展

本文综述了微型机器和微型机器人的概念、研究动态和当前的研究课题.     

基于DDS技术的胶囊微机器人外旋转磁场驱动方法

针对微机器人有缆驱动的缺点,介绍了一种以外旋转磁场驱动内嵌永磁体的胶囊微机器人游动的无缆驱动方法。阐述了胶囊微机器人的驱动原理与旋转磁场的产生方法,并结合直接数字频率合成（DDS）技术,开发了以单片机AT89S52和DDS芯片AD9854为核心的旋转磁场驱动信号源。对系统进行软硬件设计和调试,产生的两路正余弦信号可驱动两组亥姆霍兹线圈产生旋转磁场。     

胶囊内窥镜机器人的外磁场驱动方法

研究了利用外部磁场驱动胶囊内窥镜机器人的方法. 我们将梯度线圈和匀场线圈进行组合，通过调整线圈加载电流以及线圈绕可平移病床的旋转来合成空间上梯度均匀、低场强区域可动态调整的驱动磁场，作用于机器人内置的永磁体,从而获得期望的驱动力和辅助转矩.仿真表明组合线圈构成的磁场环境对于驱动相当有利. 我们提出的驱动方法具有良好的可控性和安全性，为进一步研究梯度磁场驱动适于体内各种腔管的微机器人奠定了基础.     

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．     

医用微型机器人的姿态可控性研究

建立了新型医用微型机器人的系统动力学模型.利用有向图理论分析了医用微型机器人的姿态可控性,得到微型机器人的姿态可控的结论.同时,对机器人和环境参数的摄动对机器人的姿态的影响进行了研究,实验研究结果证明了上述理论.姿态可控性与微型机器人进入人体时人体的舒适性和安全性紧密相关.通过控制微型机器人的运行姿态,可以使人体得到良好的舒适程度.     

一种基于粘滑运动原理的微小型机器人建模与实验

为实现微小型机器人的精密运动定位,提出一种基于粘滑运动原理的足式微小型机器人.机器人足由双压电膜驱动,本身为空间不等截面的弹性梁结构.首先建立了柔性足的有限自由度模型和机器人系统的动力学模型.然后根据粘滑驱动中的粘滞和滑移过程的不同特点,分别对粘滞过程的静力学与滑移过程的瞬态动力学进行了分析,得到了机器人运动位移、分辨力与驱动电压之间的关系,并分析了粘滞-滑移过程中摩擦力的变化以及足尖的状态切换过程.分析结果表明,在粘滞阶段,基体的静态位移与驱动电压近似呈线性关系,且随驱动电压的增高而增大;在滑移阶段,由于柔性足的振动及振动与摩擦力的耦合关系,足端的滑移距离及基体位移与驱动电压之间存在非线性关系.建立了机器人样机,对机器人的运动分辨力和位移响应进行了测试,实验数据显示,基于粘滑运动原理,机器人可以实现0.88μm的高运动分辨力.     

超磁致伸缩薄膜驱动仿生游动微型机器人

研制了以超磁致伸缩薄膜为驱动器的仿生游动微型机器人,其作业原理是以超磁致伸缩薄膜驱动器为尾鳍,通过改变时变振荡磁场的驱动频率,在超磁致伸缩薄膜的磁机耦合作用下,将时变振荡磁场能转换成驱动器的振动机械能,振动的超磁致伸缩薄膜驱动器再与液体耦合,便产生了机器人的推力．由于超磁致伸缩薄膜为非接触式驱动,因此机器人不需要电缆驱动．基于仿生游动原理,提出一种计算推力的数学模型,以建立的超磁致伸缩薄膜受迫振动模型的前三阶谐振频率模态为尾鳍的摆动,对振动薄膜产生的推力进行了计算．实验验证了理论分析的正确性,表明仿生游动微型机器人的方案切实可行．     

管道内微机器人弯管运动的动力学稳定性

介绍了一种新型管道内微机器人,根据该机器人建立了有摩擦接触的微机器人受限运动的动力学模型,用奇异摄动法解释了降阶刚体模型接触力稳定性的附加条件,利用该模型分析了管道内微机器人在弯管内运动的稳定性。     

基于AVR和STM32的仿生六足机器人控制系统

本文设计了一种以Arduino为开发平台的控制系统,该控制系统以ATmega328P为主机控制芯片,以STM32F103C8T6为从机控制芯片,并通过串口方式实现通信,集两款控制芯片的优势于一体.本文主要介绍了控制系统的硬件组成和软件算法.经过实物试验,仿生六足机器人可以实现姿态自动调整、稳定行走以及自主避障.本研究内容可为相关领域研究工作提供参考与借鉴.     

微小型仿生机器人远程监控平台的设计

采用AVR和ARM双核架构实现的微小型仿生机器人远程监控平台,可以使用PC,PDA或者手机等终端通过Internet对微小型仿生机器人进行遥操作和遥监控.该监控平台的开发同时也是对于其他远程监控平台有一定的借鉴意义.