發(fā)布時間：2022-01-03 04:19

　　在一些活動空間較小或者對工作環(huán)境有特殊要求的應用場合,采用一般的輪式或多足行走式機構來驅動小、微型機器人往往并不合適,因為滾輪或行走機構往往位于機器人本體的外部,需要通過傳動裝置將動力從動力源傳遞到外部的驅動部件上,這就增加了機器人結構的復雜性,也限制了機器人所能達到的最小尺寸,同時又增加了對機器人整體密封的難度,不能滿足在某些特殊環(huán)境（如腐蝕、放射性污染等環(huán)境）下工作的要求。采用振動驅動的方式可以省去傳動裝置和外部行走部件,目前的振動驅動裝置一般采用壓電技術,其對供電系統(tǒng)的要求較高,需要外部供電,所以不得不采用拖線運行,不適用于小、微機器人的驅動。近年來出現(xiàn)了采用離心力產(chǎn)生源代替壓電晶體的微型機器人驅動平臺的研究,目前存在的問題是:為實現(xiàn)平臺的平面運動,現(xiàn)有的設計方案往往采用多電機聯(lián)動控制方式運行,由于多電機聯(lián)動系統(tǒng)較復雜,需要占用額外的空間,導致整個平臺的體積不易縮小,不能很好滿足小、微型機器人的驅動要求。針對上述問題,本文以采用單個離心力產(chǎn)生源來實現(xiàn)小、微型驅動平臺的可控平面運動為目標,對單離心力源驅動平臺的驅動方案及平面運動展開了研究。論文的主要工作如下:（1）離心力驅動裝置的... 

【文章來源】：華東理工大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２電磁振動驅動的膠囊型機器人［１１，１２］??［１１，１２］??

華東理工大學博士學位論文?第３頁??Ｍａｇｎｅｔ?ｗｉｒｅ?ｃｏｉｌ?卜?２０ｍｍ?ｒ｜?Ｍａｇｎｅｔ??ＯＯＯＯＯ?ＣＯＯ?ＯＯＯＯＯＯＣＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＤＯＯＯＱｇｌＯＯ??１１??６６Ｃ＞〇〇〇〇〇〇〇〇〇＜＞６６６６６〇〇〇〇〇〇〇?００?ｏ６ｏｏｏｏｏｏ〇６６ｂｏｏｏｏ〇６??Ｈ?９Ｓｉｎｉｎ?Ｈ??圖１．２電磁振動驅動的膠囊型機器人［１１，１２］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｄｒｉｖｅｎ?ｃａｐｓｕｌｅ?ｒｏｂｏｔ［１１，１２］??李洪義等人提出了一種膠囊式機器人，也是由電磁振動來驅動的，其基本結構如圖??１．２所示［１１，１２］。其主要驅動結構由置于機器人內部的可以前后自由運動的磁性慣性質量??體以及包覆機器人的電磁線圈組成。與圖１．１所示的機器人相類似，通過給電磁線圈施??加不同的電壓來產(chǎn)生不同強度的磁場，由磁場的變化控制內部慣性質量的運動，產(chǎn)生的??慣性力用于驅動機器人直線前進。他們?yōu)樵摍C器人設計了一個４步的控制法則，實現(xiàn)機??器人的快慢兩種運動模式，可以根據(jù)需要切換。??由于電磁驅動方式會產(chǎn)生變化的強磁場，對于微型機器人內的某些電子部件會產(chǎn)生??不利影響，還會限制使用它的環(huán)境，因此它尚未廣泛用于微型機器人領域。對于電磁驅??動的這些限制，壓電驅動技術則可以很好地克服。在微動機器人中，壓電驅動技術被廣??泛使用，它主要利用壓電材料的逆壓電效應來驅動。所謂的逆壓電效應是指壓電材料在??受到電場時發(fā)生變形的現(xiàn)象。壓電驅動技術是通過向壓電材料施加電壓（通常使用鋸齒??電壓）來控制壓電材料產(chǎn)生機械變形而產(chǎn)生旋轉或線性運動的技術。相

第４頁?華東理工大學博士學位論文??其運動原理如圖１．４所示。①為開始狀態(tài)，線圈Ｊ首先被激勵以產(chǎn)生電磁力，ｄ的??支撐腿烏和次在電磁力作用下，牢牢緊貼住磁性金屬工作臺的表面，此時線圈５未通??電并處于自由活動狀態(tài)，然后，向壓電陶瓷Ｐ／和心施加相同大小的負電壓，并且在逆??壓電效應的作用下，它們沿軸向收縮，以驅動５向前移動一定的位移；進入狀態(tài)②，線??圈５通電以獲得電磁力，使得５的支撐腿與磁性金屬臺的表面緊密接觸，同時對Ｊ斷??電，釋放乂的支撐腳，然后逐漸將尸／和巧上的負電壓降低到零，壓電陶瓷將恢復到原??來的長度，從而推動Ｊ向前移動一步；狀態(tài)③至狀態(tài)⑤，則先向Ｐ／、Ａ施加正向的電??壓后逐漸撤去，讓其先伸長然后恢復原來長度，再次推動５向前運動一個步長，最終達??到狀態(tài)⑤的位置。連續(xù)完成上述循環(huán)可以使得機器人連續(xù)地沿預定方向移動。??麻力?麻力活動活動?雖固定??〇〇〇〇〇??①?②？?＠?⑤??圖１．４壓電陶瓷原理驅動的運動原理［１７］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｍｏｔｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｏｂｏｔ?ｄｒｉｖｅｎ?ｂｙ?ｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃ［１７］??根據(jù)上述原理，通過向兩個線圈施加不同的電源電壓，機器人可以前進或后退；如??果對左側和右側的壓電陶瓷施加不同的電壓電平，則機器人可以實現(xiàn)預定的轉向運動，??并且電壓差可以影響轉向和轉向半徑。??ＰＩＮ?ＴＹＰＥ??ＡＣＴＵＡＴＯＲ⑷??＿＿＿＿Ｙ?ＴＵＢＥ??１＾?？?ｊ??—Ｘ??圖１．５針型壓電致動器結構［１８１??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｉｎ?ｔｙｐｅ?ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ａｃｔｕａ

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]壓電雙晶片型二自由度慣性沖擊式精密驅動器理論與實驗研究[D]. 張宏壯.吉林大學 2006

碩士論文
[1]基于離心力的一種新型驅動裝置研究[D]. 陳佳佳.華東理工大學 2016
[2]面向離心力驅動裝置的多電機同步控制研究[D]. 馬維才.華東理工大學 2013
[3]機械系統(tǒng)中的摩擦模型及仿真[D]. 劉國平.西安理工大學 2007
[4]新型慣性壓電疊堆驅動機構及位移精度控制系統(tǒng)[D]. 孫桂林.吉林大學 2006
[5]H橋功率驅動電路的設計研究[D]. 袁濤.電子科技大學 2006



本文編號：3565555