在一些活動(dòng)空間較小或者對(duì)工作環(huán)境有特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合,采用一般的輪式或多足行走式機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)小、微型機(jī)器人往往并不合適,因?yàn)闈L輪或行走機(jī)構(gòu)往往位于機(jī)器人本體的外部,需要通過(guò)傳動(dòng)裝置將動(dòng)力從動(dòng)力源傳遞到外部的驅(qū)動(dòng)部件上,這就增加了機(jī)器人結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,也限制了機(jī)器人所能達(dá)到的最小尺寸,同時(shí)又增加了對(duì)機(jī)器人整體密封的難度,不能滿足在某些特殊環(huán)境（如腐蝕、放射性污染等環(huán)境）下工作的要求。采用振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式可以省去傳動(dòng)裝置和外部行走部件,目前的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置一般采用壓電技術(shù),其對(duì)供電系統(tǒng)的要求較高,需要外部供電,所以不得不采用拖線運(yùn)行,不適用于小、微機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。近年來(lái)出現(xiàn)了采用離心力產(chǎn)生源代替壓電晶體的微型機(jī)器人驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的研究,目前存在的問(wèn)題是:為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的平面運(yùn)動(dòng),現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案往往采用多電機(jī)聯(lián)動(dòng)控制方式運(yùn)行,由于多電機(jī)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)雜,需要占用額外的空間,導(dǎo)致整個(gè)平臺(tái)的體積不易縮小,不能很好滿足小、微型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)要求。針對(duì)上述問(wèn)題,本文以采用單個(gè)離心力產(chǎn)生源來(lái)實(shí)現(xiàn)小、微型驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的可控平面運(yùn)動(dòng)為目標(biāo),對(duì)單離心力源驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方案及平面運(yùn)動(dòng)展開(kāi)了研究。論文的主要工作如下:（1）離心力驅(qū)動(dòng)裝置的... 

【文章來(lái)源】：華東理工大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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圖１．２電磁振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的膠囊型機(jī)器人［１１，１２］??［１１，１２］??

華東理工大學(xué)博士學(xué)位論文?第３頁(yè)??Ｍａｇｎｅｔ?ｗｉｒｅ?ｃｏｉｌ?卜?２０ｍｍ?ｒ｜?Ｍａｇｎｅｔ??ＯＯＯＯＯ?ＣＯＯ?ＯＯＯＯＯＯＣＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＤＯＯＯＱｇｌＯＯ??１１??６６Ｃ＞〇〇〇〇〇〇〇〇〇＜＞６６６６６〇〇〇〇〇〇〇?００?ｏ６ｏｏｏｏｏｏ〇６６ｂｏｏｏｏ〇６??Ｈ?９Ｓｉｎｉｎ?Ｈ??圖１．２電磁振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的膠囊型機(jī)器人［１１，１２］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｄｒｉｖｅｎ?ｃａｐｓｕｌｅ?ｒｏｂｏｔ［１１，１２］??李洪義等人提出了一種膠囊式機(jī)器人，也是由電磁振動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，其基本結(jié)構(gòu)如圖??１．２所示［１１，１２］。其主要驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)由置于機(jī)器人內(nèi)部的可以前后自由運(yùn)動(dòng)的磁性慣性質(zhì)量??體以及包覆機(jī)器人的電磁線圈組成。與圖１．１所示的機(jī)器人相類(lèi)似，通過(guò)給電磁線圈施??加不同的電壓來(lái)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)，由磁場(chǎng)的變化控制內(nèi)部慣性質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的??慣性力用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人直線前進(jìn)。他們?yōu)樵摍C(jī)器人設(shè)計(jì)了一個(gè)４步的控制法則，實(shí)現(xiàn)機(jī)??器人的快慢兩種運(yùn)動(dòng)模式，可以根據(jù)需要切換。??由于電磁驅(qū)動(dòng)方式會(huì)產(chǎn)生變化的強(qiáng)磁場(chǎng)，對(duì)于微型機(jī)器人內(nèi)的某些電子部件會(huì)產(chǎn)生??不利影響，還會(huì)限制使用它的環(huán)境，因此它尚未廣泛用于微型機(jī)器人領(lǐng)域。對(duì)于電磁驅(qū)??動(dòng)的這些限制，壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)則可以很好地克服。在微動(dòng)機(jī)器人中，壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)被廣??泛使用，它主要利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)來(lái)驅(qū)動(dòng)。所謂的逆壓電效應(yīng)是指壓電材料在??受到電場(chǎng)時(shí)發(fā)生變形的現(xiàn)象。壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是通過(guò)向壓電材料施加電壓（通常使用鋸齒??電壓）來(lái)控制壓電材料產(chǎn)生機(jī)械變形而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或線性運(yùn)動(dòng)的技術(shù)。相

第４頁(yè)?華東理工大學(xué)博士學(xué)位論文??其運(yùn)動(dòng)原理如圖１．４所示。①為開(kāi)始狀態(tài)，線圈Ｊ首先被激勵(lì)以產(chǎn)生電磁力，ｄ的??支撐腿烏和次在電磁力作用下，牢牢緊貼住磁性金屬工作臺(tái)的表面，此時(shí)線圈５未通??電并處于自由活動(dòng)狀態(tài)，然后，向壓電陶瓷Ｐ／和心施加相同大小的負(fù)電壓，并且在逆??壓電效應(yīng)的作用下，它們沿軸向收縮，以驅(qū)動(dòng)５向前移動(dòng)一定的位移；進(jìn)入狀態(tài)②，線??圈５通電以獲得電磁力，使得５的支撐腿與磁性金屬臺(tái)的表面緊密接觸，同時(shí)對(duì)Ｊ斷??電，釋放乂的支撐腳，然后逐漸將尸／和巧上的負(fù)電壓降低到零，壓電陶瓷將恢復(fù)到原??來(lái)的長(zhǎng)度，從而推動(dòng)Ｊ向前移動(dòng)一步；狀態(tài)③至狀態(tài)⑤，則先向Ｐ／、Ａ施加正向的電??壓后逐漸撤去，讓其先伸長(zhǎng)然后恢復(fù)原來(lái)長(zhǎng)度，再次推動(dòng)５向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)，最終達(dá)??到狀態(tài)⑤的位置。連續(xù)完成上述循環(huán)可以使得機(jī)器人連續(xù)地沿預(yù)定方向移動(dòng)。??麻力?麻力活動(dòng)活動(dòng)?雖固定??〇〇〇〇〇??①?②？?＠?⑤??圖１．４壓電陶瓷原理驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)原理［１７］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｍｏｔｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｏｂｏｔ?ｄｒｉｖｅｎ?ｂｙ?ｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃ［１７］??根據(jù)上述原理，通過(guò)向兩個(gè)線圈施加不同的電源電壓，機(jī)器人可以前進(jìn)或后退；如??果對(duì)左側(cè)和右側(cè)的壓電陶瓷施加不同的電壓電平，則機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，??并且電壓差可以影響轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向半徑。??ＰＩＮ?ＴＹＰＥ??ＡＣＴＵＡＴＯＲ⑷??＿＿＿＿Ｙ?ＴＵＢＥ??１＾?？?ｊ??—Ｘ??圖１．５針型壓電致動(dòng)器結(jié)構(gòu)［１８１??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｉｎ?ｔｙｐｅ?ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ａｃｔｕａ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]壓電雙晶片型二自由度慣性沖擊式精密驅(qū)動(dòng)器理論與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張宏壯.吉林大學(xué) 2006

碩士論文
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[2]面向離心力驅(qū)動(dòng)裝置的多電機(jī)同步控制研究[D]. 馬維才.華東理工大學(xué) 2013
[3]機(jī)械系統(tǒng)中的摩擦模型及仿真[D]. 劉國(guó)平.西安理工大學(xué) 2007
[4]新型慣性壓電疊堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及位移精度控制系統(tǒng)[D]. 孫桂林.吉林大學(xué) 2006
[5]H橋功率驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)研究[D]. 袁濤.電子科技大學(xué) 2006



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