压电双层膜驱动管内移动微小型机器人的研究

提出了一种新型管内移动微小型机器人,采用压电双层膜驱动器和惯性冲击式原理（IDM）,实现在直径为φ16~18mm的直管内的稳定运动.对惯性冲击原理进行了理论分析和动态仿真,通过实验,验证了微小型机器人的运动原理和运动能力实验结果表明,在峰值为50V和频率为1100Hz的锯齿波电压驱动下,该微小型机器人的直线运动速率可以达到3.5mm/s.理论分析与实验结果验证了惯性冲击原理在本设计中的可行性和有效性,并为管内移动微小型机器人的优化设计提供了理论依据.

全方位精密微小型移动机器人的运动分析

采用压电陶瓷作为微驱动元件,设计了一种尺寸为50 mm×50 mm×10 mm,基于尺蠖蠕动原理工作的新型全方位精密微小型移动机器人,以其作为负载平台,用于精密操作过程中对微小元件的搬运、操作、精密定位等.在介绍尺蠖蠕动工作原理的基础上,对机器人的运动特性进行了分析,建立了机器人全方位运动模型.对机器人进行了分辨率、定位精度以及全方位运动等的实验研究,实验结果表明,该机器人负载能力约为750 g,最大工作频率可达40 Hz,运动速度可达208μm/s,运动分辨率可达50 nm,开环直线定位偏离率约为5%;在采用了逐次逼近法进行误差补偿和显微视觉实现闭环控制后,定位精度可达100 nm,可以作为一种通用的高精密移动定位平台,在机器人上集成多种精密微操作器件后,可完成多种微作业任务.

全方位精密定位微小移动机器人

设计了一种由压电陶瓷驱动、尺寸为50 mm×50 mm×12 mm、基于尺蠖蠕动原理工作的全方位精密定位微小型移动机器人,并可作为移动负载平台使用。建立了机器人的动力学模型并对其进行了动力学分析,推导出了柔性铰链刚度与机器人微运动速度关系模型。通过实验测试,该机器人最大运动速度为200μm/s、最高工作频率为32 Hz,最小圆周运动半径为15μm,定位精度为1μm,其全方位运动性能也取得了较好的效果。

用于精密微装配的全方位微小机器人

研制出了一种90 mm×60 mm×85 mm,可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人,机器人集成了移动定位单元与精密微操作单元,移动定位单元由微型电机驱动的快速宏运动单元与压电陶瓷驱动的精密微运动单元两部分组成,最大宏运动速度为50 mm/s,开环定位精度1 mm,微运动最大速度200μm/s,开环定位精度1μm,分辨率为50 nm;微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器两部分组成,微驱动器转动分辨率为0.000 1°,定位精度为0.000 5°,微驱动器金属球可以实现空间复杂的扫描运动,同时带动微夹持器末端实现精密定位,微夹持器采用压电陶瓷驱动的两级杠杆放大机构,末端最大张合位移为280μm,最大微夹持力为0.1 N.开发了基于视觉反馈的微装配作业控制系统,并在视觉的引导下,实现了机器人对微型齿轮、微型轴/孔等元件的夹取、搬运等微作业任务,并顺利完成了Φ180μm微型轴与Φ200μm微型孔之间的精密装配实验研究.

用于精密微装配的全方位微小机器人的研究

研制出了一种90mm×60mm×85mm的可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人，该机器人集成了移动定位单元与精密微操作单元，移动定位单元由微型电机驱动的快速宏运动单元与压电陶瓷驱动的精密微运动单元2部分组成，宏运动最大速度为50mm／s，开环定位精度为1mm；微运动最大速度为200μm／s，开环定位精度为1μm，分辨率为50nm．微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器2部分组成，微驱动器转动分辨率为0．0001°，定位精度为0．0005°，微驱动器金属球可以实现空间复杂的扫描运动，同时带动微夹持器末端实现精密定位；微夹持器采用压电陶瓷驱动的2级杠杆放大机构，末端最大张合位移为280μm，最大微夹持力为0．1N．开发了基于视觉反馈的微装配作业控制系统，并在视觉的引导下，实现了机器人对微型齿轮、微型轴／孔等元件的夹取、搬运等微作业任务，并顺利完成了Ф180μm微型轴与Ф200μm微型孔之间的精密装配实验研究．

未知环境中小型机器人路径规划策略的研究

针对微小型机器人在进行路径规划时存在系统硬件资源有限,数据处理能力盖及系统感知能力有限,只能获取局部信息,且信息不完备的问题,分析了人在未知环境中路径规划策略,提出了一种微小型机器人的路径规划策略。实验结果表明,该策略可以满足微小型机器人在复杂未知环境中路径规划的要求,为微小型自主机器人的设计提供了新的方法。

面向显微操作的混合驱动式微小型机器人的开发与应用

提出了一种适用于显微操作的混合驱动式微小型机器人,它由平面行走模块和纵向微动模块两部分组成.其中,平面行走模块采用尺蠖蠕动式驱动原理,在堆叠式压电陶瓷的驱动下通过2块电磁铁的协调动作可以实现在铁磁性工作台上的前后移动、左右转弯及原地旋转运动;纵向微动模块采用线性音圈电机(LVCM)驱动,通过改进传统音圈电机的结构形式,克服了重力方向驱动时容易产生高频率的振动、重复精度差等非线性问题,实现无摩擦的竖直方向运动.分析了各模块的驱动原理、性能和负载特性,并通过显微操作自动对焦实验验证了所开发的混合驱动式微小型机器人的有效性和其应用的可行性.

我国制成特种机器人

据介绍,我国己研制成功水下机器人、核工业机器人、排险机器人、微驱动机器人、爬壁机器人、管内移动机器人、林木果球采集机器人等一批特种机器人。目前只有美国、日本、俄罗斯、法国和我国能够研制6000米水下机器人。这种机器人能深入海底6000米从事水下摄影、录像及地貌、水文与浅地层的测量。能对世界97％的深海底进行观测。它的研制成功为我国二十一世纪开发海洋,提供了先进的设备。我国研制的排险机器人,其整体性能和技术指标达到当前国际先进水平。