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1、微型机器人的发展和研究现状栾靖博（沈阳农业大学工程学院）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RobotisthedevelopmentandresearchofthestatusquoLUANJING-BO(shenyangagriculturecollegeengineeringc
2、ollege)Abstract:therobotmicroelectromechanicalsystemsisanimportantbranchof,becauseitcanenterintothehumanandmacrorobotsarebeyondtheoperatingwithinanarrowspace,inrecentdecadesisextensiveattention.Thispaperfirstgivesappearathomeandabroadinrecentyearsseveralrobotandontheanalysisofthethecharacter
3、isticsandperformance,andonthebasisofminiaturerobotresearchdiscussescurrentwithseveralkeyproblems,andpointsoutthefuturefieldwithinaperiodoftime,themainresearchanddevelopmentdirection.Keywords:miniaturerobot;Microdrive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
4、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:(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
5、)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。(1)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
6、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。这种机器人可以由管道外面的电磁线圈驱动,而无须以电缆供电。日本东京工业大学和NEC公司合作研究的螺旋式管内移动微机器人,在直径为Φ2514mm的直管内它的最大运动速度是260mm/s,最大牵引力是12N。法国Anthierens等人研制出了适用于Φ16mm的蠕动式机器人,此种微型机器人的最大运动速度为5mm/s,负载可达20N,具有很高的运动精度,负载大,但运动速度较慢且结构复杂。国内的上海大学和上海交
7、通大学都研制出了惯性冲击式管道微机器人,上海交通大学的微机器人采用层叠型压电驱动器驱动;上海大学的微机器人驱动器有层叠型和双压电薄膜两种类型。图1所示为双压电薄膜微小管道机器人其运动机理,该机器人采用双压电薄膜驱动器,相对于单压电薄膜,增大了驱动力,提高了承载能力。该机构的最大移动速度可以达到15mm/s,具有前进、后退、上升和下降功能。【1】(2)微型医疗机器人的发展近几年来,医疗机器人技术的研究与应用开发进展很快,微型医疗机器人是其中最有发展前途的应用领域,据日本科学技术政策研究所预测,
