昆虫级微型爬行机器人的研究综述

爬行作为动物的一种有节律的运动行为,众多学者对其潜在机理的研究已经持续了一百多年。随着计算机集成技术、材料科学、空气动力学、微纳制造与人工智能技术的不断进步,对仿生爬行机器人的研究正朝着微型化和智能化的方向发展。本文对昆虫级微型爬行机器人的前沿动态发展进行了综合评述,并结合当前发展态势给出了微型爬行机器人未来发展的建设性意见。首先介绍了微型爬行机器人的研究背景和基本概念,对微型爬行机器人的运动机理和稳定性判据进行了简单分析。然后分析了微型爬行机器人的驱动方式并比较了各种微型爬行机器人的性能。最后,从供能、制造和设计3方面对微型爬行机器人的关键技术进行了总结,探讨了微型爬行机器人研究面临的问题,并提出了微型爬行机器人未来的应用前景和发展方向。

一种压电驱动的三足爬行机器人

机器人领域涉及到力学、机械、材料、控制、电子和计算机等多个学科.其中,爬行机器人可在极端环境下工作,进而可有效降低人工作业的危险性并提高工作效率.因此,爬行机器人一直是机器人领域的重点研究对象.压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的新型功能陶瓷材料.逆压电效应是指当在电介质的极化方向施加电场,这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力,当外加电场撤去时,这些变形或应力也随之消失.本文基于压电陶瓷的逆压电效应设计了一种由3条弯曲变截面梁支撑的一体化三足爬行机器人.利用理论力学方法对该三足爬行机器人建立整体受力分析方程,再用哈密顿原理对变截面、变角度梁建立动力学方程,最终得到了可求解该三足爬行机器人的压电驱动腿固有频率的方程.设计并制作了三足爬行机器人实物,通过实验测试了不同弯折角度、不同驱动频率、不同负载、不同电压波形对运动方向及运动速度的影响.最后利用不对称的驱动电压使三足爬行机器人实现了左转、右转以及不加导轨的近似直线运动,实现了设计的3个方向的运动,最后分析了该机器人的能耗问题.该研究可为微型爬行机器人设计和实验提供参考依据.