微小型谐振式多足压电机器人设计及试验
发布时间：2021-01-31 02:06
微小型机器人是近年来机器人技术研究发展的热门方向,基于其体积小、重量轻、运动灵活等特点,可以应用于生物工程、军事侦察、能源探测和显微操作等诸多领域。压电驱动技术具有分辨力高、响应速度快、结构简单和断电自锁等诸多优点,为微小型机器人新型驱动技术的突破提供了新的方向。目前,微小型压电机器人按照工作模式可以分为谐振式和非谐振式,前者的特点是易于实现高的运动速度和微小型化设计,而后者的特点则是易于实现高的运动分辨力。本文受节肢动物分节现象的启发,提出并设计了一种微小型谐振式多足压电机器人,通过连续正弦激励模式和脉冲正弦激励模式,机器人可分别实现较快的运动速度和较高的运动分辨力。参照节肢动物的分节现象与运动机理,本文提出了一种基于足腿一体化设计的压电腿基本构型并确定了其工作原理,采用压电腿的二阶弯振模态复合实现其驱动动作。分析工作原理,确定了压电腿中压电陶瓷片的极化方向、布置方式以及所需的激励方案,进而确定其基本构型。基于所确定的压电腿构型设计了连接结构,并分别基于线性布置和周向布置方式规划了5种微小型谐振式多足压电机器人的拓扑构型;分析了每种机器人拓扑构型可实现的运动模式,并规划了每种运动模式...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微型六足机器人HAMR-32014年，AndrewT.Baisch等人[21]在前期工作的基础上研制出了一种可
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-2011年，美国哈佛大学的AndrewT.Baisch等人[20]对所研制的微小型六足机器人HAMR进行了改进，研制了新一代仿蟑螂运动的微小型六足机器人HAMR-3，其体长为48mm，如图1-2所示；配备了专用的小型电源，实现了无源运动，机器人总重量仅为1.7g；在20Hz的激励频率下，可实现44mm/s的运动速度，每秒运动距离接近0.9倍体长。图1-2微型六足机器人HAMR-32014年，AndrewT.Baisch等人[21]在前期工作的基础上研制出了一种可以重复组装的微型四足机器人HAMR-VP，体长为44mm，如图1-3所示，与之前的六足机器人HAMR相比，降低了制造复杂性且同时实现了准静态和动态操作实现了442mm/s的运动速度。图1-3微型六足机器人HAMR-VP
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-2017年，澳大利亚纽卡斯尔大学的ShannonA.Rios等人[22,23]提出并设计了一种微小型六足机器人MinRARV1，如图1-4所示。该机器人每条腿的运动由两个压电双晶梁来控制，以350Hz的频率运动可实现约为520mm/s的最大运动速度。2018年，ShannonA.Rios等人[24]研制出了新一代的微小型六足机器人MinRARV2，如图1-5所示。与先前的设计相比，机器人成功集成了微型控制系统和驱动电源，可以利用外部电源激励运动，也可利用自身的电源激励运动，前者施加190Hz的激励频率可实现98mm/s的最大运动速度，而后者则以5Hz的激励频率实现了6mm/s的最大运动速度。图1-4微型六足机器人MinRARV1图1-5微型六足机器人MinRARV22006年，国内南京航空航天大学的贺红林等人[25]设计了一种“人”字型的微小型谐振式双足压电机器人，如图1-6所示，该机器人仅由一片压电陶瓷和两个振脚组成，同时利用了压电陶瓷的d31和d33模式，分别激励振脚进行弯振和纵振运动，提高了机电转换效率，其最大爬行速度为15mm/s。纵振脚1弯振脚2压电陶瓷3图1-6贺红林等人研制的“人”字型足式压电机器人2010年，哈尔滨工业大学的蒋振宇等人[26]研制了一种基于双压电膜驱动的微小型足式机器人，如图1-7所示，该机器人体长为70mm，每条腿都是先
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电驱动的六足爬行机器人的设计与制造[J]. 陈畅,张卫平,邹阳,孙浩. 压电与声光. 2018(05)
[2]压电双晶驱动器驱动八足机器人的研制[J]. 郑龙龙,李朝东. 工业控制计算机. 2018(06)
[3]压电仿生八足机器人的研究[J]. 郑龙龙,李朝东. 计量与测试技术. 2018(05)
[4]压电式微型仿生六足分节机器人结构设计与加工工艺研究[J]. 李一帆,张卫平,邹阳,陈畅. 机械设计与制造. 2017(S1)
[5]微型侦察机器人音视频传输系统设计与实现[J]. 赵忠辉,谈英姿. 自动化技术与应用. 2016(09)
[6]压电谐振驱动三足机器人的平面运动[J]. 李魁,徐鉴. 动力学与控制学报. 2015(06)
[7]微型仿生肠道内窥镜机器人的设计与实验[J]. 李琳娜,颜国正,姜萍萍,王志武,刘华. 测控技术. 2013(12)
[8]面向显微操作的混合驱动式微小型机器人的开发与应用[J]. 张勤,杜启亮,吴志斌,青山尚之. 机器人. 2012(06)
[9]等截面铁木辛柯梁的分布传递函数方法[J]. 蒋纯志,金桂,陈亚琦. 湖南科技学院学报. 2009(08)
[10]基于Timoshenko梁理论的薄壁梁弯扭耦合分析[J]. 王晓峰,杨庆山. 工程力学. 2008(05)
本文编号：3010014
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微型六足机器人HAMR-32014年，AndrewT.Baisch等人[21]在前期工作的基础上研制出了一种可
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-2011年，美国哈佛大学的AndrewT.Baisch等人[20]对所研制的微小型六足机器人HAMR进行了改进，研制了新一代仿蟑螂运动的微小型六足机器人HAMR-3，其体长为48mm，如图1-2所示；配备了专用的小型电源，实现了无源运动，机器人总重量仅为1.7g；在20Hz的激励频率下，可实现44mm/s的运动速度，每秒运动距离接近0.9倍体长。图1-2微型六足机器人HAMR-32014年，AndrewT.Baisch等人[21]在前期工作的基础上研制出了一种可以重复组装的微型四足机器人HAMR-VP，体长为44mm，如图1-3所示，与之前的六足机器人HAMR相比，降低了制造复杂性且同时实现了准静态和动态操作实现了442mm/s的运动速度。图1-3微型六足机器人HAMR-VP
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-2017年，澳大利亚纽卡斯尔大学的ShannonA.Rios等人[22,23]提出并设计了一种微小型六足机器人MinRARV1，如图1-4所示。该机器人每条腿的运动由两个压电双晶梁来控制，以350Hz的频率运动可实现约为520mm/s的最大运动速度。2018年，ShannonA.Rios等人[24]研制出了新一代的微小型六足机器人MinRARV2，如图1-5所示。与先前的设计相比，机器人成功集成了微型控制系统和驱动电源，可以利用外部电源激励运动，也可利用自身的电源激励运动，前者施加190Hz的激励频率可实现98mm/s的最大运动速度，而后者则以5Hz的激励频率实现了6mm/s的最大运动速度。图1-4微型六足机器人MinRARV1图1-5微型六足机器人MinRARV22006年，国内南京航空航天大学的贺红林等人[25]设计了一种“人”字型的微小型谐振式双足压电机器人，如图1-6所示，该机器人仅由一片压电陶瓷和两个振脚组成，同时利用了压电陶瓷的d31和d33模式，分别激励振脚进行弯振和纵振运动，提高了机电转换效率，其最大爬行速度为15mm/s。纵振脚1弯振脚2压电陶瓷3图1-6贺红林等人研制的“人”字型足式压电机器人2010年，哈尔滨工业大学的蒋振宇等人[26]研制了一种基于双压电膜驱动的微小型足式机器人，如图1-7所示，该机器人体长为70mm，每条腿都是先
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电驱动的六足爬行机器人的设计与制造[J]. 陈畅,张卫平,邹阳,孙浩. 压电与声光. 2018(05)
[2]压电双晶驱动器驱动八足机器人的研制[J]. 郑龙龙,李朝东. 工业控制计算机. 2018(06)
[3]压电仿生八足机器人的研究[J]. 郑龙龙,李朝东. 计量与测试技术. 2018(05)
[4]压电式微型仿生六足分节机器人结构设计与加工工艺研究[J]. 李一帆,张卫平,邹阳,陈畅. 机械设计与制造. 2017(S1)
[5]微型侦察机器人音视频传输系统设计与实现[J]. 赵忠辉,谈英姿. 自动化技术与应用. 2016(09)
[6]压电谐振驱动三足机器人的平面运动[J]. 李魁,徐鉴. 动力学与控制学报. 2015(06)
[7]微型仿生肠道内窥镜机器人的设计与实验[J]. 李琳娜,颜国正,姜萍萍,王志武,刘华. 测控技术. 2013(12)
[8]面向显微操作的混合驱动式微小型机器人的开发与应用[J]. 张勤,杜启亮,吴志斌,青山尚之. 机器人. 2012(06)
[9]等截面铁木辛柯梁的分布传递函数方法[J]. 蒋纯志,金桂,陈亚琦. 湖南科技学院学报. 2009(08)
[10]基于Timoshenko梁理论的薄壁梁弯扭耦合分析[J]. 王晓峰,杨庆山. 工程力学. 2008(05)
本文编号：3010014
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