磁控微型機器人驅動控制特性的研究.pdf

1、微型管道機器人具有慣性小、諧振頻率高、響應時間短、集約高技術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,必須采用無纜驅動方式,因此無纜微型磁控微型機器人將首先應用于體內介入治療等醫(yī)學工程領域.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用前景.本文提出了一種以管道外

2、磁場驅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上,提出采用電流負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,減小失真,進而產生較大的位移輸出.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)療領域的應用進行了探索性研究,提出了基于