磁控微型機器人驅(qū)動控制特性的研究.pdf

1、微型管道機器人具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時間短、集約高技術(shù)成果和附加值高等特點,在核工業(yè)、航空航天和軍事各方面應(yīng)用前景廣闊.實踐證明提高微型機器人的可靠性與實用性,必須采用無纜驅(qū)動方式,因此無纜微型磁控微型機器人將首先應(yīng)用于體內(nèi)介入治療等醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域.超磁致伸縮材料具有磁致伸縮系數(shù)大、能量密度高、機電耦合系數(shù)大、響應(yīng)速度快、輸出力大等優(yōu)點,在精密位置控制、主動振動控制、超精密加工及微機器人方面具有良好的應(yīng)用前景.本文提出了一種以管道外

2、磁場驅(qū)動來控制微型管道機器人行走的方法,原理是通過管外時變振蕩磁場轉(zhuǎn)換成機器人彈性腿的振動機械能實現(xiàn)機器人的行走,由于采用無電纜驅(qū)動,提高了機器人的可靠性和行走速度.在研究超磁致伸縮材料性能的基礎(chǔ)上,提出采用電流負(fù)反饋電路使磁振蕩的時間常數(shù)減小,以增加對高頻信號的快速響應(yīng),減小失真,進而產(chǎn)生較大的位移輸出.文中介紹了機器人系統(tǒng)組成及工作原理,對外磁場能量的磁機轉(zhuǎn)換過程進行了研究,建立了磁機控制模型和機器人動態(tài)行走模型,用simulink

3、進行了系統(tǒng)仿真與參數(shù)優(yōu)化,表明阻尼與渦流系數(shù)對系統(tǒng)影響較大.然后基于彈性腿的動摩擦特性和超磁致伸縮合金的驅(qū)動特性,建立了微型管道機器人雙向控制模型.正向行走是利用超磁致伸縮合金的倍頻現(xiàn)象,反向行走是通過施加直流偏置驅(qū)動磁場,改變彈性腿與管壁的傾斜方向,然后通過管外疊加時變振動磁場,基于超磁致伸縮的磁機耦合作用,將時變振蕩磁場能轉(zhuǎn)換成機器人彈性腿的振動機械能,從而實現(xiàn)了雙向行走.最后對微型機器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用進行了探索性研究,提出了基于