[练习]微型机器人发展史

[练习]微型机器人发展史 微型机器人发展史 叶朝贵 机械11—1班 3110644111 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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 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 发展 The Development of Micro-robot YE Chaogui Abstract: Micro-robot is an important branch of micro-electro-mechanical system， because it can reach into the human and macro-robot operating inside a small space， received wide attention in recent decades. This article gives several micro-robots that appear at home and abroad in recent years, on the basis of an analysis of its characteristics and performance, discussed the current micro-robots encountered by several key problems in the research and noted that in those areas the main direction of research and development for some time to come. Keywords: micro-robot micro drive development 前言 进行了大量研究，并分别研制了原理 近年来，采用MEMS技术的微型卫样机。目前国内对微型机器人的研究 星、微型飞行器和进入狭窄空间的微主要集中在三个领域: 机器人展示了诱人的应用前景和军民 (1) 面向煤气、化工、发电设备细小管两用的战略意义。因此，作为微机电 道探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测的微型机器人。 上的一个热点，这方面的研究不仅有(2) 针对人体、进入肠道的无创诊疗微 强大的市场推动，而且有众多研究机型机 构的参与。以日本为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的许多国家器人。 在这方面开展了大量研究，重点是发(3)面向复杂机械系统非拆卸检修的 展进入工业狭窄空间微机器人、进入微型机器人。 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1微型管道、无创伤微型医疗和特殊作 技术研究发展计划等的资助下，有清业的微型机器人。 111微型管道机器人是基于狭小华大学、上海交通大学、哈尔滨工业 空间内的应用背景提出的，其环境特大学、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。由于与常规条运动机理，该机器人采用双压电薄膜件下管内作业环境有明显不同， 其行驱动器，相对于单压电薄膜，增大了走方式及结构原理与常规管道机器人驱动力，提高了承载能力。该机构的也不同，因此按照常规技术手段对管最大移动速度可以达到15mm/s，具有道机器人按比例缩小是不可行的。有前进、后退、上升和下降功能。112微鉴于此，微型管道机器人的行走方式型医疗机器人的发展近几年来，医疗应另辟蹊径。近年来随着微电子机械机器人技术的研究与应用开发进展很 管道 技术的发展和晶体压电效应和超磁致快，微型医疗机器人是其中最有发展伸缩材料磁-机耦合技术应用的发展，前途的应用领域，据日本科学技术政使新型微驱动器的出现和应用成为现 实。微驱动器的研究成果已成为微管 医学 道机器人的重要发展基础。日本名古 屋大学研制成一种微型管道机器人， 可用于细小管道的检测，在生物医学 领域的小空间内作微小工作。这种机 策研究所预测，到2017年医疗领域使 用微型机器和机器人的手术将超过全 部医疗手术的一半。因此日本制定了 采用“机器人外科医生”的计划，并 正在开发能在人体血管中穿行、用于 发现并杀死癌细胞的超微型机器人。 美国马里兰州的约翰?霍普金实验室器人可以由管道外面的电磁线圈驱 研制出一种“灵巧药丸”，实际上是动，而无须以电缆供电。日本东京工 装有微型硅温度计和微型电路的微型业大学和NEC公司合作研究的螺旋式 检测装置，吞入体内，可以将体内的管内移动微机器人，在直径为 温度信息发给 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 器。瑞典科学家发Φ2514mm的直管内它的最大运动速度 明了一种大小如英文标点符号的机器是260mm/s，最大牵引力是12N。法国 人，未来可移动单一细胞或捕捉细菌，Anthierens等人研制出了适用于 进而在人体内进行各种手术。国内的Φ16mm的蠕动式机器人，此种微型机 的许多科研院所主要开展了无创伤微器人的最大运动速度为5mm/s，负载可 型医疗机器人的研究，取得了一些成达20N，具有很高的运动精度，负载大， 果。无损伤医用机器人主要应用于人但运动速度较慢且结构复杂。国内的 体内腔的疾病医疗，它可以大大减轻上海大学和上海交通大学都研制出了 或消除目前临床上使用的各类窥镜、惯性冲击式管道微机器人，上海交通 内注射器、内送药装置等医疗器械给大学的微机器人采用层叠型压电驱动 患者带来的严重不适合及痛苦。中国器驱动;上海大学的微机器人驱动器 科学技术大学在国家自然科学基金的有层叠型和双压电薄膜两种类型。图1 资助下研制出了基于压电陶瓷驱动的所示为双压电薄膜微小管道机器人其 多节蛇行游动腹腔手术术微型机器人曾在2001年“9111”事件发生后的 人，该机世贸废墟搜救现场大显身手。日本三 器人将 CCD摄像 系统，手 术器械及 智能控制 系统分别 安装在微型机器人的端部，通过开在 患者腹部的小口，伸入腹腔进行手术。 其特点是响应速度快，运动精度高， 作用力与动作范围大，每一节可实现 两个自由度方向上?60?范围内迅捷 而灵活的动作，图2所示的是利用腹 腔手术机器人进行手术的场景。浙江菱电子公司、松下东京研究所和大学也研制出了无损伤医用微型机器Sumitomo电子公司联合研制出只有蚂人的原理样机，该微型机器人以悬浮蚁大小的微型机器人，该机器人可以 进入空间非常狭小的环境从事修理工方式进入人体内腔(如肠道，食道)， 可避免对人体内腔有机组织造成损作，身体两侧有两个圆形的连接器可伤，运行速度快，速度控制方便。113以与其他机器人相连接完成一些特殊特殊作业微型机器人的发展除了上述的任务。由于自然界中的生物具有人 类无法比拟的某些机能，因此近年来提到的微型管道机器人和无创伤微型 利用自然界生物的运动行为和某些机医疗机器人以外，国内外一些科研工 作者广泛开展了进行特殊作业微型机能进行机器人设计、实现其灵活控制、器人的研究。这种微型机器人配备相受到了机器人学者的广泛重视。国内 已有多所高校和科研院所在开展微型 仿生机器人方面的研究。上海交通大 学基于仿生学原理，利用六套并联平 面四连杆机构、微型直流电动机及相 应的减速增扭机构研制出了微型六足 仿生机器人，体积微小，具有良好的 机动性。该机器人长30mm，宽40mm， 高20mm，重613克，其步行速度达到 3mm/s。上海大学也进行了一些微型仿 生机器人的研究工作。 应的传感器和作业装置，在军事和民侦查 用方面具有非常好的发展前景。美国2微型机器人发展中面临的问题国家安全实验室制造出了有史以来世 界上最小的机器人，这部机器人重量3(1)驱动器的微型化微驱动器是不到28g，体积为411cm，腿机构为皮 MEMS最主要的部件，从微型机器人的带传送装置，该机器人可以代替人去 发展来看，微驱动技术起着关键作用，完成许多危险的工作。美国海军发明 并且是微机器人水平的标志，开发耗了一种微型城市搜救机器人，该机器 能低、结构简单、易于微型化、位移 输出和力输出大，线性控制性能好， 动态响应快的新型驱动器(高性能压 电元件、大扭矩微马达)是未来的研究 方向。(2)能源供给问题许多执行机构 都是通过电能驱动的，但是对于微型 移动机器人而言，供应电能的导线会 3结论严重影响微型机器人的运动，特别是 在曲率变化比较大的环境中。微型机微机器人还处于实验室理论探索器人发展趋势应是无缆化，能量、控时期，离实用化还有相当的距离。存制信号以及检测信号应可以无缆发在许多关键的技术没有得到解决，这送、传输。微型机器人要真正实用化，些问题的解决过程中同时会带动许多必须解决无缆微波能源和无缆数据传相关学科的发展。只有当这些问题解输技术，同时研究开发小尺寸的高容决以后，微型机器人的实用化才会成量电池。(3)可靠性和安全性目前许多为可能。我们要勇于创新，抓住这个正在研制和开发的微型机器人是以医前沿课题，将微型机器人技术应用到疗、军事以及核电站为应用背景，在国民经济建设发展影响较大的领域。 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，因此要求机器人能参考文献 [1] 孙立宁，刘品宽，吴善强等，管内移动够适应所处的环境，并具有故障排除 微型机器人研究与发展现状[J].光学精密能力。(4)新型的微机构设计理论及精 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ，2003 加工技术微型机器人和常规机器人相 [2] 宋晓峰，谈士力.微型机器人的发展和比并不是简单的结构上比例缩小，其 研究现状[J].上海:上海大学机械电子工程发展在一定程度上和微驱动器和精加 与自动化学院，2008 工技术的发展是密切相关的。同时要 [3] 陈柏，贺惠农，周银生，医用内窥镜系求设计者在机构设计理论上进行创 统体内驱动方式的研究.润滑与密封[J]，新，研究出适合微型机器人的移动机 2002 构和移动方式。(5)高度自治控制系统 [4]孙树栋，乔少杰，张华祝.管道机器人[M]. 微机器人要完成特定的作业，其自身 东北:东北工业大学出版社，2005定位和环境的识别能力是关键，开发 微视觉系统，提高微图象处理速度， 采用神经网络及人工智能等先进的技 术来解决控制系统的高度自治难题是 最终实现实用化的关键。