微型仿生肠道内窥镜机器人的设计与实验

根据当前胃肠道内窥镜自主运动机器人的研究方向,设计了一种微型的肠道内窥镜机器人系统。机器人采用仿尺蠖式的运动步态,通过直流无刷电机驱动驻留-伸缩-驻留式的结构实现主动运动。整体采用模块化设计,主要包括驻留机构、伸缩机构、电路控制系统以及无线供能模块。对机器人结构模型进行了理论探讨,介绍了电路控制系统的设计,以及无线供能模块的构成。最终的机器人样机直径约为14 mm,整体长度约为61 mm。机器人在PVC柔性管道和猪小肠离体爬行实验中运行稳定可靠,能够实现前进、退后和停留等步态。实验结果表明该微型仿生肠道内窥镜机器人在肠道内可以实现主动运动。     

压电尺蠖直线电机的设计

为实现大行程、高分辨率精密驱动,该文提出了一种压电尺蠖直线电机的设计方法。首先,基于尺蠖运动原理,对电机进行了结构设计,它包括左、右箝位机构、驱动机构和输出轴,左、右箝位机构结构相同,用来对输出轴交替箝位与释放,驱动机构可以微米级及纳米级地步进输出位移,在左、右箝位机构及驱动机构的共同作用下,输出轴可连续输出大行程直线位移,该电机结构简单紧凑,便于调节,并可断电自锁;其次,采用有限元法对箝位机构及驱动机构进行了仿真分析,初步获得了电机的静、动态特性;最后,基于所搭建的实验系统,对电机的静、动态特性进行了测试。结果表明,在5mm的运动范围内,电机输出位移具有良好的直线性;在50 Hz的驱动电压作用下,电机运动速度为59.1μm/s;电机输出位移具有较高的分辨率,达到21nm。     

国内压电超声马达研究的现状和发展

近几十年来，世界上许多国家对压电超声马达进行了大量的研究。我国自８０年代以来也进行了一些压电超声马达的理论探索和研制的实践工作。本文根据近十几年来国内的有关文献资料，综述了压电超声马达在国内的发展情况，列举了行波型压电超声马达、驻波型压电超声马达、微动压电马达等典型例子，并指出了今后的研究方向。     

尺蠖型压电旋转驱动器的静动态特性研究

提出一种以压电叠堆为动力转换元件基于尺蠖驱动机理的精密旋转驱动器方案,驱动器定子上的传动单元均采用直角柔性铰链,对柔性铰链力学特性进行了分析,并建立了柔性铰链空间力学模型.对驱动器工作原理进行了分析,采用MSC Patran/Nastran软件对机械结构进行了仿真分析;并对所开发的驱动器样机进行了实验测试.测试结果与理论分析结果基本相符,所开发的驱动器样机具有定位精度高(单步绝对误差率<2%),性能稳定、可靠等优点,可望在超精密加工、精密光学等领域得到应用.     

一种大推力的蠕动式压电直线电机

介绍了一种新型大输出推力的压电直线电机－微脊式蠕动直线电机,该电机采用微脊式箝位结构,极大地提高了电机的输出推力,其输出推力可达500N。这种微脊式直线电机有可能成为今后压电直线电机的商品化市场的新产品方向。     

行走式尺蠖压电直线驱动器研究现状及关键技术综述

尺蠖压电驱动器具有大行程、高精度、大输出力、快速响应、无磁场影响等优点,在超精密定位领域具有广泛的应用前景。而行走式尺蠖压电驱动器又以箝位机构结构简单、刚度和动态性能好,中间驱动机构偏摆小,整体体积小,运动稳定性好等特性引起世界各国的关注。在阐述行走式尺蠖压电驱动器的本质、组成结构及运动原理的基础上,对其国内外研究现状及其关键技术进行了分析,并对其发展趋势进行了展望。     

尺蠖型压电驱动器结构及其特性

由于微纳米级精密定位技术在原位测试、精密光学、超精加工等领域的作用无可替代,因此具有精密定位功能的各种新型驱动器受到国内外学者的广泛关注,其中尺蠖型压电驱动器的研究尤为活跃。该类驱动器定位精度高,结构紧凑,输出力大,运动稳定,具备较大工作行程的同时拥有较高的运动分辨率,在各类驱动器中综合优势明显。首先,介绍了尺蠖型压电驱动器的原理和关键部件;其次,对直线型、旋转型和一体型三类代表性尺蠖驱动器的研究进展进行了总结和归纳,分析了各自的主要结构、动作原理、性能特点和适用场合。结果表明,实用性问题是未来研究重点,可从构型设计、控制系统、补偿算法以及温度控制等方面加以改进。     

纳米级步距压电电动机的精密驱动电源

介绍了一种基于尺蠖运动原理的纳米级步距压电电动机,提出了一种新型的压电陶瓷驱动电源,并给出了详细的电路原理图。对压电陶瓷进行的动态驱动实验表明,在输入三角波、方波、正弦波等动态信号时,该驱动电源可以很好地跟随输入波形的变化,实现了输入电压为0~5 V时,输出电压在0~200 V内连续可调,具有40 mV的高分辨率和较为理想的静特性。纹波电压小于±10 mV,电源在100 kHz范围内具有良好的频响特性。     

基于槽钹形压电复合驱动的仿尺蠖式微型管道机器人

设计了一种基于槽钹形压电复合驱动的仿尺蠖爬行式微型管道机器人。该机器人包括两个Ф8n硼槽钹形压电复合驱动器和一个爬行定位系统,能够在Ф10mm的曲线形管道中自主定位爬行。槽钹形压电复合驱动器驱动能力为自重的4倍,最大爬行速度为41mm／s;爬行定位系统提供了机器人爬行步距的测量,通过实验验证整个爬行系统的定位误差仅为4‰。