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基于磁流变液的蠕动驱动研究

赵晨光  
【摘要】:当代科学技术的发展对许多领域都提出了向小型化、微型化发展的客观要求,机电系统也不例外。近年来国际上对微机电系统(Micro ElectroMechanical System,MEMS)的研究十分活跃,各种微机器人的研究成果不断涌现,它已成为举世瞩目的重大科技发展方向。微机器人的主要用途之一是代替人类在危险场合和恶劣环境下进行工作,完成一些运用传统技术手段难以解决的任务。由于受作业空间的限制,微机器人很难采用常规的驱动方式和驱动机构,必须研究出新颖的驱动方式和相应的驱动器。 本文提出了一种利用磁流变液(Magnetorheological fluids,MRF)这一新兴智能材料来实现微机器人驱动的蠕动驱动方式。利用磁流变液流变特性随外加磁场变化的智能特性,可以控制蠕动关节左右两端重量交替变化,以实现关节两端所受的摩擦力随时间而变化,从而实现蠕动运动。本文运用ADAMS建模和运动仿真软件,对基于磁流变液的蠕动驱动方式做了全面的仿真和分析。结合大量的试验,验证了基于磁流变液的蠕动驱动方式的可行性,分析了关键参数对蠕动模型运动性能的影响,得出了影响运动的各参数的选取规律,并综合分析了参数之间的制约关系。最后设计了基于单片机控制的驱动控制器,设计了建立蠕动关节实体模型的实验方案。 作为微机器人的基础研究领域的一个分支,提出的这种驱动方式,将给MEMS的研究提供一种新的解决方案。基于磁流变液的蠕动驱动方式研究成功后,可以由单节组成多节,组成一个多自由度的柔性蠕动机器虫,这在管道探测、废墟中生命救援等领域具有重要的实际意义。


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