磁控微型機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制特性的研究.pdf

1、微型管道機(jī)器人具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短、集約高技術(shù)成果和附加值高等特點(diǎn),在核工業(yè)、航空航天和軍事各方面應(yīng)用前景廣闊.實(shí)踐證明提高微型機(jī)器人的可靠性與實(shí)用性,必須采用無纜驅(qū)動(dòng)方式,因此無纜微型磁控微型機(jī)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(jī)電耦合系數(shù)大、響應(yīng)速度快、輸出力大等優(yōu)點(diǎn),在精密位置控制、主動(dòng)振動(dòng)控制、超精密加工及微機(jī)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(chǎng)驅(qū)動(dòng)來控制微型管道機(jī)器人行走的方法,原理是通過管外時(shí)變振蕩磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人彈性腿的振動(dòng)機(jī)械能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走,由于采用無電纜驅(qū)動(dòng),提高了機(jī)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(shí)間常數(shù)減小,以增加對(duì)高頻信號(hào)的快速響應(yīng),減小失真,進(jìn)而產(chǎn)生較大的位移輸出.文中介紹了機(jī)器人系統(tǒng)組成及工作原理,對(duì)外磁場(chǎng)能量的磁機(jī)轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行了研究,建立了磁機(jī)控制模型和機(jī)器人動(dòng)態(tài)行走模型,用simulink

3、進(jìn)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(duì)系統(tǒng)影響較大.然后基于彈性腿的動(dòng)摩擦特性和超磁致伸縮合金的驅(qū)動(dòng)特性,建立了微型管道機(jī)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(dòng)磁場(chǎng),改變彈性腿與管壁的傾斜方向,然后通過管外疊加時(shí)變振動(dòng)磁場(chǎng),基于超磁致伸縮的磁機(jī)耦合作用,將時(shí)變振蕩磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)器人彈性腿的振動(dòng)機(jī)械能,從而實(shí)現(xiàn)了雙向行走.最后對(duì)微型機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探索性研究,提出了基于