微型机器人驱动技术
医用微型机器人蠕动肠道中的驱动力计算及实验研究
维普资讯
中国 机 械 工 程 第 １ 第 １期 ２ ０ ３卷 ０ ２年 １月 上 半 月
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微型机器人技术的研究现状和趋势
微型机器人技术的研究现状和趋势随着科技的发展和人们对机器人应用的需求增加，微型机器人技术逐渐引起了广泛关注。
本文将简要介绍微型机器人技术的研究现状，并展望未来的发展趋势。
一、微型机器人技术的定义和特点微型机器人是指尺寸小于一米的机器人系统。
与传统的机器人相比，微型机器人具有以下几个显著特点：1. 小巧灵活：由于尺寸的限制，微型机器人可以在狭小的空间内灵活操作，具备更广泛的应用场景。
2. 高度精准：微型机器人采用先进的传感器和控制系统，能够实现高精度的运动和操作。
3. 多功能性：微型机器人可以具备多种功能，如检测、监控、医疗等，实现多样化的任务。
二、微型机器人技术的研究现状1. 结构和材料：微型机器人的结构设计和材料选择是关键。
目前，研究者提出了多种创新的结构设计理念，例如仿生机器人、可展开式机器人等。
材料方面，研究者正在尝试使用纳米材料和生物材料，以提高机器人的性能和适应性。
2. 动力和驱动：微型机器人的动力和驱动系统是实现其运动和操作的关键。
电磁力、磁力、压力等多种驱动方式被用于微型机器人的驱动系统中。
此外，太阳能、燃料电池等新型能源也被研究者探索和应用。
3. 传感和控制：微型机器人的传感和控制系统是实现其高精度运动和操作的基础。
传感器技术的发展使得微型机器人能够获取更加准确的环境信息，而先进的控制算法则实现了机器人的自主决策与行动。
4. 应用领域：微型机器人技术在医疗、环境监测、无人探测等领域有着广阔的应用前景。
例如，在医疗领域，微型机器人可以用于内窥镜等医疗器械的操控和手术辅助；在环境监测领域，微型机器人可以用于检测和修复污染区域；在无人探测领域，微型机器人可以用于勘探灾难现场或危险环境。
三、微型机器人技术的发展趋势1. 多机器人协作：未来，微型机器人将更多地实现多机器人协作，形成机器人网络，实现复杂任务的分工合作。
2. 智能化：随着人工智能技术的进步，微型机器人将具备更高的自主决策能力和智能感知能力，能够更好地适应复杂环境和任务需求。
微型化自动化机器人的设计与制造
微型化自动化机器人的设计与制造随着科技的不断进步，机器人技术也得到了大幅提升。
机器人在生产制造、物流配送、医疗等领域中已经占据了重要的地位。
然而，传统机器人的尺寸和重量较大，很难在一些狭小的空间中完成任务。
因此，微型化自动化机器人应运而生。
微型化自动化机器人拥有小巧灵活、自主导航、高效精准的特点，可应用于实验室研究、医疗手术、家电维修等领域。
本文将结合实际案例，详细介绍微型化自动化机器人的设计和制造流程。
一、机器人运动控制模块设计机器人运动控制模块是微型化自动化机器人的核心组成部分。
其作用是对机器人工作状态进行控制和调节。
包括运动速度、动作精准度、灵活性等方面。
以下便是德国西门子公司的一个机器人运动控制模块的设计流程：1. 设计模型前对运动控制系统的特性进行分析，包括控制系统的性能、电气电子性能、制造及安装方面的要求和运动控制性能指标等。
2. 根据分析结果进行元器件电路设计，确定具体电路结构。
3. 电路设计完成后，进行原理图设计，绘制原理图电路图。
4. 电路原理图完成后，将其转化为PCB布局图，确定电路板的焊盘数量以及连接方式等。
5. 电路板制造和制程工艺设计，包括普通和高级工艺，每个环节的工作流程和操作。
6. 电路板焊接完成后，进行功能测试，确定元器件符合要求和电路运行稳定性。
以上就是机器人运动控制模块设计的详细流程，完成后便可以将其集成到机器人的硬件系统中。
二、机器人软件系统设计机器人控制软件是微型化自动化机器人的重要组成部分。
软件主要负责控制机器人的运动，实现自主导航、视觉识别、路径规划等功能。
以下是以复旦大学的自主导航拓扑地图为例，介绍机器人软件设计流程：1. 以微型化自动化机器人为基础，进行机器人控制软件设计。
2. 设计机器人运动控制算法，包括路径规划、动作编码等。
3. 采集环境信息，构建地图模型。
4. 地图模型与机器人控制算法进行融合，并进行功能测试。
5. 引入视觉识别和语音识别技术，优化机器人控制软件。
体内医疗微型机器人的外磁场驱动与控制系统研究
动，可以有效地减少机器人本体能量消耗 。
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微 型 机器 人在 人体 肠 胃中进行 无损 检查 和 小损
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伤手术 ，对于减轻病人痛苦 、 提高检查和手术的安 胶囊 内窥镜行进 的动力 ，驱动的不可控严重限制了 全性和降低医疗费用都具有重要意义。 目 前使用最 其检查 、治疗 、手术等方面的功能扩展 。完善的诊 为广泛的消化道检查设备是 内窥镜。内窥镜的发展 疗 微 机 器人 系统 需要 在 现有 基础 上 加入 安 全有 效 的 主要经过了电子 内窥镜 、有缆微型机器人肠道内窥 驱 动控制 。 镜系统和 目 前最先进 的无线胶囊式内窥镜等几个阶 本文 以胶 囊状体 内医疗微型机 器人为研究对 段。其中有缆微型机器人肠道内窥镜系统是用 引线 象 ，在分 析 消化 道 能动 性特 点基 础 上 ，设计 了一种
创手 术提供 了一种设 计 思路 。
关键 词 ：外磁 场驱 动 ；微 型机 器人 ；胶 囊 内窥 镜 机 器人 ；动 力 学模 型 中 图分类 号 ：Ｔ ２ Ｐ４ 文献标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ７ — ３ ２（ ０ ６） ４ ０ １ — ４ ６２ ６ ３ ２ ０ ０ — ００ ０
摘 要 ：本 文 以胶 囊状 体 内医疗微 型机 器人 为研 究 对 象 ，着眼 于 无线胶 囊 内窥 镜 的 外磁 场 主动 驱 动 ，
纳米机器人的控制技巧与应用示范
纳米机器人的控制技巧与应用示范纳米机器人是一种微型机器人，其尺寸通常在纳米级别，具有出色的操控和控制能力。
随着纳米科技的发展，纳米机器人已经成为科学界和工业界关注的热点领域。
本文旨在介绍纳米机器人的控制技巧以及一些应用示范，以期推动纳米机器人的进一步研究和应用。
一、纳米机器人的控制技巧1.运动控制技巧纳米机器人的运动控制是实现其准确操控的基础。
常用的运动控制技巧包括：（1）外部磁场控制：利用外部磁场生成的力和磁力矩来控制纳米机器人的运动。
通过调节磁场的位置、方向和强度，可以精确地操控纳米机器人在三维空间的运动。
（2）光操控：利用聚焦光束的光压力将纳米机器人推动到目标位置。
通过调节光束的位置和强度，可以实现对纳米机器人的精确操控，例如在细胞内进行微创手术。
（3）电场操控：利用电场作用力来驱动纳米机器人的运动。
通过调节电场的电压和频率，可以精确地操控纳米机器人在微观尺度的运动。
2.传感与探测技巧纳米机器人的传感与探测技巧对于其在复杂环境中的自适应和自主行为至关重要。
常见的传感与探测技巧包括：（1）扫描探测：利用纳米机器人表面的扫描探头对周围环境进行扫描，获取环境的物理和化学信息。
通过扫描探测可以实现对纳米尺度物体或表面的准确定位和精确测量。
（2）化学传感：利用纳米机器人表面或内部的化学传感器对周围环境的化学成分和浓度进行检测。
通过化学传感可以实现对微小化学反应或化学分子的检测，有助于纳米机器人在化学领域的应用。
3.自主行为技巧为了实现纳米机器人的自主行为，需要合理设计和控制其行为模式和决策过程。
常用的自主行为技巧包括：（1）路径规划与避障：利用图像处理和机器学习算法，能够对纳米机器人周围的环境进行感知和识别，从而实现路径规划和避障。
这种技巧可用于微创手术、药物输送等应用场景。
（2）自组装：通过精确控制纳米机器人的运动和相互作用，可以实现纳米机器人自组装形成复杂结构。
这种技巧在纳米材料制备和仿生机器人研究中具有重要意义。
磁力驱动微型机器人的设计与控制
磁力驱动微型机器人的设计与控制随着科技的不断发展，人们对微型机器人的需求也日益增加。
微型机器人在医疗、环境监测、军事等领域都有着广阔的应用前景。
然而，由于其尺寸小、操作环境复杂等特点，设计和控制微型机器人面临着很大的挑战。
为了克服这些困难，磁力驱动被广泛认为是一种有效的方法。
本文将探讨磁力驱动微型机器人的设计与控制。
一、磁力驱动的优势磁力驱动是指利用磁力对微型机器人进行驱动和控制的技术。
相比于其他传统驱动方式，磁力驱动具有以下优势：1. 操控精度高：通过调节外部磁力场的强度和方向，可以轻松控制微型机器人的运动轨迹和速度。
2. 无线驱动：磁力驱动不需要接触式传输能量，可以通过无线方式提供驱动力，便于机器人在狭小的空间内自由移动。
3. 适应性强：不同材料的微型机器人都可以通过磁力驱动实现操控，无需进行额外的适应性改造。
4. 环境友好：磁力驱动无需燃料燃烧，不会产生有害气体和噪音，对环境友好。
二、磁力驱动微型机器人的设计磁力驱动微型机器人的设计涉及到多个方面，包括机器人结构、材料选择和磁力驱动系统的设计等。
1. 机器人结构：微型机器人的结构决定了它的机械性能和操控能力。
常用的机器人结构有单轮、多轮和爬行器等。
设计者需要根据具体应用场景和任务需求选择合适的机器人结构。
2. 材料选择：由于磁力驱动涉及到磁场的感应和响应，机器人的材料选择非常重要。
常见的材料有铁、钢、永磁材料等。
设计者需要根据机器人的磁性需求选择合适的材料。
3. 磁力驱动系统：磁力驱动系统包括电磁线圈、磁铁和控制电路等多个部分。
设计者需要考虑电磁线圈的数量、布局和电流控制等因素，保证磁力的有效传递和机器人的精确操控。
三、磁力驱动微型机器人的控制磁力驱动微型机器人的控制是实现其精确操控的核心。
在控制过程中，需要考虑以下几个方面：1. 磁场生成：通过外部装置产生磁场，对微型机器人进行驱动。
磁场的大小和方向可以通过调节电磁线圈的电流控制，实现对机器人的精确控制。
微型机器人
摘要微型机器人是微电子机械系统的一个重要分支, 由于它能进入人类和宏观机器人所不及的狭小空间内作业, 近几十年来受到了广泛的关注。
本文首先给出了近年来国内外出现的几种微型机器人, 在分析了其特点和性能的基础上, 讨论了目前微型机器人研究中所遇到的几个关键问题, 并且指出了这些领域未来一段时间内的主要研究和发展方向。
关键词:微型机器人; 微驱动器近年来, 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前景和军民两用的战略意义。
因此, 作为微机电系统技术发展方向之一的基于精密机械加工微机器人技术研究已成为国际上的一个热点, 这方面的研究不仅有强大的市场推动, 而且有众多研究机构的参与。
以日本为代表的许多国家在这方面开展了大量研究, 重点是发展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空间医疗微系统和微型工厂。
国内在国家自然科学基金、863 高技术研究发展计划等的资助下, 有清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大学、上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系统进行了大量研究, 并分别研制了原理样机。
目前国内对微型机器人的研究主要集中在三个领域[6] : (1)面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器人。
(2) 针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器人。
(3) 面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器人。
1 微型机器人的发展和研究状况根据国内开展微型机器人研究的实际情况, 我们着重讨论微型管道机器人、无创伤微型医疗机器人和特殊作业的微型机器人。
111 微型管道机器人微管道机器人是基于狭小空间内的应用背景提出的, 其环境特点是在狭小的管状通道或缝隙行走进行检测, 维修等作业。
由于与常规条件下管内作业环境有明显不同, 其行走方式及结构原理与常规管道机器人也不同, 因此按照常规技术手段对管道机器人按比例缩小是不可行的。
有鉴于此, 微型管道机器人的行走方式应另辟蹊径。
近年来随着微电子机械技术的发展和晶体压电效应和超磁致伸缩材料磁- 机耦合技术应用的发展, 使新型微驱动器的出现和应用成为现实。
微型机器人
(3) 可靠性和安全性
目前许多正在研制和开发的微型机器人是以医疗、军事以及核电站为应用背景, 在这些十分重要的应用场合, 机器人工作的可靠性和安全性是设计人员必须考虑的 一个问题, 因此要求机器人能够适应所处的环境, 幵具有故障排除能力。
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( 4) 新型的微机构设计理论及精加工技术
微型机器人和常规机器人相比幵不是简单的结构上比例缩小, 其发展在一定 程度上和微驱动器和精加工技术的发展是密切相关的。同时要求设计者在机构设 计理论上迚行创新, 研究出适合微型机器人的移动机构和移动方式。
仍处于初级阶段，在实际应用前还需要 迚一步试验。
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军用机器人是一种用于军事领域的具有某种
仿人功能的自动机。以完成指定的战术或战 略任务为目标，以智能化信息处理战术和通 信技术为核心的智能化武器装备。
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电影《拆弹部队》剧照
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美国桑地亚国家试验室研制的只有几毫米大 小的化学侦察微型机器人。它可通过无线电 向卫星发送情报。原打算到伊拉兊去对婴儿 乳品厂迚行侦察，因怀疑那里研制核武器。 该试验室打算3-5年内为美国建立一支微型机 器人部队。
1
微型机器人是 微机电技术的一个重要分 支，由于其能在许多不适合人类和宏观机器 人工作的场合（如细小的工业管道及人体内 部）工作，近几十年来收到广泛的关注。
2
3
1.2 主要应用领域 1.2.1 医疗行业 在医疗上，可将机器人直接由针头注射迚入人体血管、尿道、胆囊 或肾脏。它依靠微型磁铁驱动器前迚，由医生通过遥控器指挥，既可用 于疾病诊断，也可用于如动脉硬化、胆结石等管腔阻塞类疾病治疗。还 能听从医生指挥，将药物直接送达到需要医治的患病器官，以取得更好 的治疗效果。当这种微型机器人工作完成后，医生便可以像抽血那样用 针头将它抽出来。未来，将会有可以迚入人体血液循环系统的功能齐全 的医用微型机器人。 1.2.2 工业领域 能迚入工业上的小管道甚或裂缝，迚行检测与维护的工业用微型机 器人，以及各种微型传感器、微型机电产品，如掌上电视等。
微型电机的用途
微型电机的用途
微型电机是一种小型的电动机，通常用于制造小型电子设备和机器人技术中。
在这里，我们了解微型电机的用途，以及何时你可以使用它们。
1. 机器人技术
微型电机在机器人技术中很重要，因为它们可以用来控制机器人的各个运动。
机器人
的动力和控制可以用一系列微型电动机来完成。
例如，用微型电机操纵关节和肌肉模拟
器。
2. 科学实验
3. 汽车制造
微型电机可以用于汽车制造中，例如用于驱动车内的小型电子装置。
它们可以操纵座
椅的调节，调节车辆的气温控制和其他小型电子设备。
4. 医疗设备
微型电机在医疗设备中也很重要，可以用来制造血糖测试器和其他便携式医疗设备。
它们通常很小，但非常强大，可以完成医疗设备所需的控制和动力需求。
5. 家用电器
微型电机也可以用于制造家用电器，例如洗衣机、烘干机和抽油烟机等。
它们可以用
来驱动这些电器的运转，并控制其操作，以便更容易地使用家用电器。
6. 消费电子产品
在消费电子产品中，如智能手机、平板电脑、个人电脑等，微型电机也扮演着重要的
角色。
它们被用来控制这些设备的运转，例如马达可以用来震动和柔和屏幕等。
7. 工业设备
工业设备需要许多不同类型的电机，其中许多是微型电机。
这些电机可以用于运输商品，控制各种工作环境，例如飞机的换乘器或工厂中的机器等。
综上所述，微型电机在现代技术中扮演着重要的角色，广泛应用于很多领域。
总的来说，微型电机不仅可以控制小型电子设备的操作，也可以用来制造大型设备的部件。
纳米马达原理
纳米马达原理一、概述纳米马达是一种新型的纳米级驱动器，它可以在纳米尺度上实现精准、高效的运动。
这些微小的机器利用物理、化学或生物机制来转换能量，从而产生运动。
由于其独特的尺寸和性能，纳米马达在许多领域都有广泛的应用前景，包括生物医学、环境科学、纳米技术等。
二、纳米马达的类型1. 化学能纳米马达：利用化学反应产生的能量来驱动运动。
例如，H2O2分解产生的气泡驱动的纳米马达，以及利用pH值变化驱动的纳米马达等。
2. 热能纳米马达：利用温度梯度或热波动的能量来驱动运动。
例如，形状记忆合金材料在加热时会发生形状变化，可以用于驱动微型机器人的运动。
3. 光能纳米马达：利用光能驱动运动。
例如，光热驱动的纳米马达和光动力驱动的纳米马达等。
这些纳米马达可以通过光照射产生热或光动力效应，从而驱动其运动。
4. 生物能纳米马达：利用生物分子或生物细胞产生的能量来驱动运动。
例如，ATP合酶纳米马达和微生物驱动的微型车辆等。
三、纳米马达的工作原理1. 化学能纳米马达的工作原理：通过化学反应产生能量，这些能量可以转化为机械能，从而驱动纳米马达的运动。
例如，H2O2分解产生气泡，这些气泡推动纳米马达沿着设定的路径移动。
2. 热能纳米马达的工作原理：利用温度梯度或热波动的能量来驱动运动。
例如，形状记忆合金材料在加热时会发生形状变化，从而产生驱动力。
3. 光能纳米马达的工作原理：通过光照射产生热或光动力效应，这些效应转化为机械能，从而驱动纳米马达的运动。
例如，光热驱动的纳米马达利用光照射产生温度梯度，从而驱动其运动；光动力驱动的纳米马达则利用光照射产生的光动力效应，如光压或辐射压等，从而驱动其运动。
4. 生物能纳米马达的工作原理：利用生物分子或生物细胞产生的能量来驱动运动。
例如，ATP合酶纳米马达利用ATP水解产生的能量来驱动其旋转运动；而微生物驱动的微型车辆则是利用微生物自身的运动能力来驱动其前进。
四、纳米马达的应用前景1. 生物医学领域：用于药物输送、组织工程、疾病诊断和治疗等。
微驱动技术方法-概述说明以及解释
微驱动技术方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述微驱动技术是指应用微型尺寸和微尺度力量实现精细控制和驱动的技术。
随着微纳技术的迅猛发展，微驱动技术在各个领域得到了广泛应用，如生物医学、纳米机械、微流控等。
微驱动技术通过精确的力学、电学、磁学等手段，实现对微小器件的运动和控制，为微小系统和纳米系统的研究与应用提供了重要的支持。
随着科学技术的进步，人们对微型器件越来越多的需求。
然而，由于其尺寸小、重量轻、运动灵活的特点，传统的驱动技术难以满足对微小器件的精密控制要求。
微驱动技术的出现填补了这一技术空白，为微尺度物体的控制与操纵带来了新的思路和方法。
本文将介绍微驱动技术的方法和应用。
首先，我们将概述微驱动技术的发展背景和意义。
随后，我们将详细探讨几种常见的微驱动技术方法，包括电力驱动、磁力驱动和压电驱动等。
每种方法将从原理、实现方式和应用案例等方面进行介绍和分析。
最后，我们将总结微驱动技术的优势和不足，并展望其在未来的发展前景。
通过阅读本文，读者将对微驱动技术的相关知识有一个全面的了解，并且可以在实际应用中灵活运用这些技术方法。
微驱动技术在科学研究、工程设计和医学领域等具有广泛的应用前景，相信在未来的发展中将会有更多的创新和突破。
希望本文对读者在微驱动技术的学习和应用中有所帮助。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构本文主要介绍了微驱动技术方法。
文章分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分首先对微驱动技术进行了概述，概述了微驱动技术的定义和应用领域。
接着介绍了本文的结构，即分为引言、正文和结论三个部分，并对每个部分所涵盖的内容进行了简要说明。
最后，明确了本文的目的，即为向读者介绍微驱动技术的方法和应用。
正文部分是本文的核心，详细介绍了三种微驱动技术方法。
在2.1节中，详细讲解了第一种微驱动技术方法，并提供了实例和应用案例。
在2.2节中，介绍了第二种微驱动技术方法，包括其原理和优点。
同时，也列举了一些已有的研究成果。
MEMS概述
微系统中的巨人的MEMS（45090123 沈潇）一、概述MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写，即微电子机械系统。
它的前身可追溯到1946年2月15日在美国诞生的第一台电子计算机ENIAC。
随着技术和工艺的的革新，渐渐趋于小型化，微型化。
1987年10月IEEE的机器人和自动化委员会组织了有关讨论会，会后来自MIT、Berkeley、Stanford和NSF的15名科学家提出了“小机器,大机遇:关于新兴领域——微动力学的报告”的国家计划建议书，并引起美国政府的高度重视，从此微机电系统——MEMS 技术正式诞生。
目前的MEMS技术是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。
它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。
这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。
它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。
MEMS还有较广泛的一个定义，有关MEMS基础理论的研究领域还包括：微摩擦学、微材料力学、微流体力学、微传热学、微机构学、设计与仿真、微测试等。
二、当前发展与运用通过研究MEMS的商业浪潮可以梗概地看出它的发展历程。
MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。
多用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。
第二轮商业化出现于20世纪90年代，主要围绕着PC和信息技术的兴起。
第三轮商业化出现于世纪之交，微光学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。
微光学器件从长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。
推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源元件、生物和神经元探针，以及所谓的“片上实验室”生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器件。
第6章_机器人驱动与控制技术
给定位置
位置控制器
位置反馈
功率放大
电流反馈
速度反馈
M
光电码盘
19
微型伺服电机工作示例
20
减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带 动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位 器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线 路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号 比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向 地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符， 令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确 定位的目的。
16
机器人的主要控制层次 分三个层次：人工智能级、控制模式级、伺服系统级
1）人工智能级 完成从机器人工作任务的语言描述 生成X(t)； 仍处于研究阶段。
2）控制模式级 建立X(t) T(t)之间的双向关系。
X(t) (t) C(t) T(t)
电机模型 传动模型 关节动力学模型 机器人模型
T(t)
机器人技术概论
第三章 机器人驱动与控制技术
第一节 驱动电机 第二节 位置控制
1
第一节 驱动电机
驱动器就是驱动机器人运动的部件，最常用的 是电机，此外还有液压、气动等驱动方式。
一个机器人最主要的控制量就是控制机器人的 移动，无论是自身的移动还是手臂等关节的移 动，所以机器人驱动器中最根本的问题就是控 制电机。控制电机转的圈数，就可以控制机器 人移动的距离和方向，机械手臂的弯曲的程度 或者移动的距离等。
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插补方式： • 定时插补 每隔一定时间插补一次，插补时间间隔Ts一般不超过25ms • 定距插补 每隔一定距离插补一次，可避免快速运动时，定时插补造成的轨迹失真。 但也受伺服周期限制。 插补算法： • 直线插补 将两示教点之间按照直线规律计算中间点坐标。 •圆弧插补 按圆弧规律计算中间点。
微型电磁驱动动力传递原理
微型电磁驱动动力传递原理微型电磁驱动动力传递是一种通过电磁力来传递动力的技术。
它可以应用于各种微型设备，如微型机器人、微型传感器等。
本文将从原理、优势和应用等方面进行介绍。
一、原理微型电磁驱动动力传递的原理是利用电磁感应和电磁力的相互作用。
当通过线圈中通电时，会产生磁场，而当有磁场存在时，通过线圈中的电流会受到磁场力的作用。
通过合理设计线圈和磁场，可以实现电能转化为机械能的过程。
具体来说，微型电磁驱动动力传递一般由两个部分组成：驱动部分和被驱动部分。
驱动部分包括电源、线圈和磁铁，而被驱动部分则包括线圈和磁铁。
当驱动部分的线圈通电时，会产生磁场，而这个磁场会对被驱动部分的线圈产生作用力，从而使被驱动部分产生运动。
二、优势微型电磁驱动动力传递具有以下几个优势：1. 高效率：相较于其他传递动力的方式，微型电磁驱动动力传递具有较高的能量转化效率。
这是因为电磁力是一种直接作用于被驱动部分的力，不需要经过其他能量转化过程。
2. 精准控制：通过调节驱动部分的电流大小和方向，可以实现对被驱动部分运动的精准控制。
这使得微型电磁驱动动力传递在微型机器人和微型传感器等领域具有广泛的应用前景。
3. 灵活性：微型电磁驱动动力传递可以通过改变线圈和磁铁的形状和位置，来适应不同的应用需求。
这使得它具有很大的灵活性和可塑性。
三、应用微型电磁驱动动力传递技术在各个领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 微型机器人：微型电磁驱动动力传递可以用于控制微型机器人的运动。
通过在机器人的关节处设置驱动部分和被驱动部分，可以实现对机器人运动的精确控制。
2. 微型传感器：微型电磁驱动动力传递可以用于驱动微型传感器的运动。
通过将传感器与驱动部分和被驱动部分相连接，可以实现对传感器位置的调整和移动。
3. 医疗器械：微型电磁驱动动力传递可以用于医疗器械的运动控制。
例如，可以将驱动部分和被驱动部分安装在内窥镜上，通过控制电流大小和方向，实现对内窥镜的精确操控。
纳米机器人技术的前景应用与挑战
纳米机器人技术的前景应用与挑战随着科技的不断发展，纳米技术逐渐成为了研究的热点之一。
其中，纳米机器人技术被认为是具有巨大潜力的新兴技术，在医疗、环保、能源等领域都有着广泛的应用前景。
一、纳米机器人技术的定义及发展历程纳米机器人是指大小在10-9米至10-7米之间的微型机器人，这些机器人由纳米材料制成，比人类红细胞还要小，其功能包括传感、信息处理、操纵和控制等。
纳米机器人技术的核心在于对微小材料或细胞进行精确定位并实现精准操作。
最早的纳米机器人是由美国物理学家理查德·费曼在1959年提出的，但当时这一概念还停留在理论阶段。
直到1986年，日本学者根岸英一首先实现了光驱动纳米机器人的原型，才真正推动了这一领域的发展。
二、纳米机器人应用领域2.1 医疗领域纳米机器人在医疗领域的应用是其最为热门的一个方向。
在纳米机器人技术的帮助下，我们可以实现对人体细胞、细胞核、DNA分子及其它微观元素的精准操作，如该技术的应用可用于诊断和治疗多种疾病，如癌症、感染、心脏病、神经系统及消化系统疾病等等。
纳米机器人能够精准地把药物输送到肿瘤细胞或感染细胞内，直接击破病原体或肿瘤细胞，从而避免对健康细胞的损伤。
此外，纳米机器人还可以通过纳米传感器实现对人体状态的实时监测，帮助医生做出更为准确和有效的诊断和治疗。
2.2 环保领域纳米机器人在环保领域也有着广泛的应用前景。
在气体和水污染治理方面，纳米机器人可用作氧化剂、还原剂、离子交换剂、吸附剂等材料，对大气和水源中的有毒有害物质有强力去除作用。
此外，纳米机器人还具有清洗油污和处理废物等功能，为环境保护和污染治理工作提供了有力的技术手段。
2.3 能源领域在能源领域，纳米机器人技术被广泛应用于发电、储能和传输等领域。
例如，纳米机器人可以利用光、热、压强等能源驱动，实现对太阳能、风能、生物能等可再生能源的高效转化和利用。
此外，纳米机器人还可以进行电池容量的检测、防止过充和过放等操作，以保障储能系统的安全和稳定。
第五章移动机器人驱动 机器人技术 教学课件(共36张PPT)
内部(nèibù)结构图
第十五页，共36页。
L298控制(kòngzhì)的逻辑真值表 5.1：
使能 端 E N
控制A （IN1）
控制 B(IN 2)
电机状态
H
L
正传
高电 L 平 H
低电 平 L*
H 同高/同低
反转 刹车
*
自然停转
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L298驱动(qū dònɡ)电路
舵机的分类：连续旋转型舵机和180度舵机； 模拟舵机和数字舵机〔内有微控制器〕
第三十页，共36页。
舵机(duò jī)的内部结构
组成部件：小型(xiǎoxíng)直流马达；变速齿轮；反响可调电位器；电子控制板。
第三十一页，共36页。
舵机的转动原理： 控制信号进入信号调制芯片，获得直流偏
置电压。它内部有一个基准电路，产生周期 为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得 的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得 电压差输出。最后，电压差的正负输出到电 机驱动芯片决定电机的正反转。对于180度 舵机，通过级联减速齿轮带动电位器旋转 (xuánzhuǎn)，使得电压差为0，电机停止转 动；对于连续旋转(xuánzhuǎn)型舵机，电 机根据电压差的大小以一定的转速连续旋转 (xuánzhuǎn)。 舵机的控制 标准的微型伺服马达有三条控制线，分别
• 〔2〕电机内部有磁场存在(cúnzài) • 〔3〕载流的转子〔即电枢〕导体将受到电
磁力 f 的作用 f=Blia 〔左手定那么〕 • 〔4〕所有导体产生的电磁力作用于转子，
使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载
第五页，共36页。
二 直流电机的磁场(cíchǎng)
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微型机器人驱动技术
目前，微型机器人常用的驱动技术概括起来主要有：气动、热驱动、微电机驱动、智能材料驱动和能量场驱动。
其中，智能材料驱动常用的有形状记忆合金( SMA)、人工肌肉材料( IPMC)、压电材料( PZT)、巨磁致伸缩材料( GMA)；能量场驱动常用的有微波、光波、磁场和超声波等。
一、气动形式
韩国研制出了单气动线路驱动的蚯蚓型管道检测微机器人。
该机器人由前气室、后气室和伸展模块 3 部分组成，3 个气室被一个充气管道连接起来。
首先，后气室逐渐充入空气并膨胀，机器人身体后部的夹钳紧贴到被检测管道表面; 然后空气使伸展模块内的气室充气、膨胀，机器人就向前伸展身体; 随着空气的不断充入，前气室也逐渐膨胀并达到特定气压值，身体前部的夹钳紧贴到管道表面; 然后通过排气使后气室在气流反作用力下前进，同时伸展模块收缩。
通过气阀使充气和排气循环交替进行，就实现了像蚯蚓一样的运动。
图1、蚯蚓型管道检测微机器人
第二、热驱动形式
美国研制出一种热驱动机器人，它的运动主要由热敏晶片的热胀冷缩来完成，热敏晶片由热膨胀系数不同的两层聚合物中夹一个钛钨合金电阻构成，当加热电流通过回路时，热敏晶片向热膨胀系数小的聚合物一侧弯曲，就实现了单自由度运动。
图2、热驱动机器人
第三、微电机驱动形式
南京航空航天大学研制出了微电机驱动的精子形微机器人。
该微机器人由椭圆形的头部和 4 个柔软的鞭毛组成，鞭毛由机器人头部内置的 4 个微电机驱动，当柔软的鞭毛被微电机带动在液体环境中旋转时，它们将形成又长又细的螺旋，液体作用于鞭毛的粘滞力将对微机器人产生推力从而使其前进。
图3、精子形微机器人
第四、智能材料驱动形式
韩国研制了一种形状记忆合金( SMA) 驱动的仿蚯蚓型微机器人。
形状记忆合金和波纹管组合使微机器人伸缩前行，具体移动过程是: 硅树脂波纹管作为弹簧提供变形力，当 SMA 弹簧被加热收缩时，微机器人前部的微针钳住接触面，躯干后部向前滑动，同时 SMA 外部的硅树脂波纹管收缩储存变形能；然后，SMA 弹簧冷却，波纹管储存的变形能使 SMA 弹簧伸长，同时，后部的微针钳住接触面，躯干前部向前滑动；最后，波纹管和 SMA 弹簧回到初始平衡状态，二者弹力相等。
SMA 的伸缩靠控制系统对形状记忆合金加热-冷却循环交替实现。
图4、仿蚯蚓型微机器人
第五、能量场驱动形式
韩国研制出了外部交变磁场驱动的蝌蚪形泳动微机器人。
该机器人由丙烯酸主体、旋转轴、圆柱型钕铁硼永磁体和硅树脂尾鳍组成，尾鳍直接与永磁体和旋转轴相连，在外部交变磁场作用下永磁体改变磁轴方向，永磁体绕旋转轴转动，从而带动尾鳍划水使微机器人前进和转向。
该蝌蚪形机器人结构简单，但因使用了有两对赫尔姆霍茨线圈的EMA( 电磁驱动) 系统而能被精确控制，因此能在水中以各种姿势自由游动。
其动作的改变是通过控制尾鳍的摆动角度和频率实现的。
图5、蝌蚪形泳动微机器人。