微小型機(jī)器人是近年來機(jī)器人技術(shù)研究發(fā)展的熱門方向,基于其體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn),可以應(yīng)用于生物工程、軍事偵察、能源探測(cè)和顯微操作等諸多領(lǐng)域。壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有分辨力高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和斷電自鎖等諸多優(yōu)點(diǎn),為微小型機(jī)器人新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)的突破提供了新的方向。目前,微小型壓電機(jī)器人按照工作模式可以分為諧振式和非諧振式,前者的特點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)高的運(yùn)動(dòng)速度和微小型化設(shè)計(jì),而后者的特點(diǎn)則是易于實(shí)現(xiàn)高的運(yùn)動(dòng)分辨力。本文受節(jié)肢動(dòng)物分節(jié)現(xiàn)象的啟發(fā),提出并設(shè)計(jì)了一種微小型諧振式多足壓電機(jī)器人,通過連續(xù)正弦激勵(lì)模式和脈沖正弦激勵(lì)模式,機(jī)器人可分別實(shí)現(xiàn)較快的運(yùn)動(dòng)速度和較高的運(yùn)動(dòng)分辨力。參照節(jié)肢動(dòng)物的分節(jié)現(xiàn)象與運(yùn)動(dòng)機(jī)理,本文提出了一種基于足腿一體化設(shè)計(jì)的壓電腿基本構(gòu)型并確定了其工作原理,采用壓電腿的二階彎振模態(tài)復(fù)合實(shí)現(xiàn)其驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。分析工作原理,確定了壓電腿中壓電陶瓷片的極化方向、布置方式以及所需的激勵(lì)方案,進(jìn)而確定其基本構(gòu)型。基于所確定的壓電腿構(gòu)型設(shè)計(jì)了連接結(jié)構(gòu),并分別基于線性布置和周向布置方式規(guī)劃了5種微小型諧振式多足壓電機(jī)器人的拓?fù)錁?gòu)型;分析了每種機(jī)器人拓?fù)錁?gòu)型可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)模式,并規(guī)劃了每種運(yùn)動(dòng)模式... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

微型六足機(jī)器人HAMR-32014年，AndrewT.Baisch等人[21]在前期工作的基礎(chǔ)上研制出了一種可

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-2011年，美國(guó)哈佛大學(xué)的AndrewT.Baisch等人[20]對(duì)所研制的微小型六足機(jī)器人HAMR進(jìn)行了改進(jìn)，研制了新一代仿蟑螂運(yùn)動(dòng)的微小型六足機(jī)器人HAMR-3，其體長(zhǎng)為48mm，如圖1-2所示；配備了專用的小型電源，實(shí)現(xiàn)了無源運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人總重量?jī)H為1.7g；在20Hz的激勵(lì)頻率下，可實(shí)現(xiàn)44mm/s的運(yùn)動(dòng)速度，每秒運(yùn)動(dòng)距離接近0.9倍體長(zhǎng)。圖1-2微型六足機(jī)器人HAMR-32014年，AndrewT.Baisch等人[21]在前期工作的基礎(chǔ)上研制出了一種可以重復(fù)組裝的微型四足機(jī)器人HAMR-VP，體長(zhǎng)為44mm，如圖1-3所示，與之前的六足機(jī)器人HAMR相比，降低了制造復(fù)雜性且同時(shí)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)操作實(shí)現(xiàn)了442mm/s的運(yùn)動(dòng)速度。圖1-3微型六足機(jī)器人HAMR-VP

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-2017年，澳大利亞紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的ShannonA.Rios等人[22,23]提出并設(shè)計(jì)了一種微小型六足機(jī)器人MinRARV1，如圖1-4所示。該機(jī)器人每條腿的運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)壓電雙晶梁來控制，以350Hz的頻率運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)約為520mm/s的最大運(yùn)動(dòng)速度。2018年，ShannonA.Rios等人[24]研制出了新一代的微小型六足機(jī)器人MinRARV2，如圖1-5所示。與先前的設(shè)計(jì)相比，機(jī)器人成功集成了微型控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電源，可以利用外部電源激勵(lì)運(yùn)動(dòng)，也可利用自身的電源激勵(lì)運(yùn)動(dòng)，前者施加190Hz的激勵(lì)頻率可實(shí)現(xiàn)98mm/s的最大運(yùn)動(dòng)速度，而后者則以5Hz的激勵(lì)頻率實(shí)現(xiàn)了6mm/s的最大運(yùn)動(dòng)速度。圖1-4微型六足機(jī)器人MinRARV1圖1-5微型六足機(jī)器人MinRARV22006年，國(guó)內(nèi)南京航空航天大學(xué)的賀紅林等人[25]設(shè)計(jì)了一種“人”字型的微小型諧振式雙足壓電機(jī)器人，如圖1-6所示，該機(jī)器人僅由一片壓電陶瓷和兩個(gè)振腳組成，同時(shí)利用了壓電陶瓷的d31和d33模式，分別激勵(lì)振腳進(jìn)行彎振和縱振運(yùn)動(dòng)，提高了機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，其最大爬行速度為15mm/s。縱振腳1彎振腳2壓電陶瓷3圖1-6賀紅林等人研制的“人”字型足式壓電機(jī)器人2010年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的蔣振宇等人[26]研制了一種基于雙壓電膜驅(qū)動(dòng)的微小型足式機(jī)器人，如圖1-7所示，該機(jī)器人體長(zhǎng)為70mm，每條腿都是先

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3010014