微型机器人驱动技术发展及现状分析_杨杰伟
微小型机器人发展现状及未来趋势分析
微小型机器人发展现状及未来趋势分析随着技术的不断进步，微小型机器人在各个领域的应用越来越广泛。
微小型机器人是指体积小、功能强大且可以自主行动的机器人。
它们通常具有多种传感器、处理器和执行器，能够完成各种任务，如勘测、监测、抢救等。
本文将对微小型机器人的发展现状以及未来的趋势进行分析。
目前，微小型机器人已经广泛应用于多个领域。
在医疗领域，微小型机器人可以用于内窥镜手术、药物运输和病毒检测等。
在工业领域，微小型机器人可以进行仓储管理、装配生产和环境监测等任务。
同时，微小型机器人还被应用于军事领域，可用于情报搜集、无人侦察和危险区域探索等任务。
这些应用展示了微小型机器人在提高效率、减少风险和创造价值方面的潜力。
未来，微小型机器人发展的趋势将主要体现在以下几个方面。
首先，微小型机器人将更加强调自主性和智能化。
随着人工智能和机器学习等技术的进步，微小型机器人将具备更强的感知、决策和执行能力。
它们可以根据环境变化自主调整行动，适应不同的任务需求。
例如，当执行搜索任务时，微小型机器人可以配备先进的图像识别和目标追踪系统，能够在复杂环境中准确找到目标并执行任务。
其次，微小型机器人的能源和动力系统将更加高效和持久。
当前，微小型机器人在电池寿命、能源消耗和充电需求等方面面临一些挑战。
未来，随着电池技术的改进和新型能源技术的应用，微小型机器人将具备更长的工作时间和更快的充电速度。
此外，微小型机器人还有望开发出无线充电和能量回收等技术，提高能源利用效率，延长机器人的使用寿命。
第三，微小型机器人的机械结构和材料将更加先进和轻便。
微小型机器人的体积和重量限制了其执行任务的能力和灵活性。
随着微纳技术和材料科学的进步，微小型机器人将采用更轻、更强、更灵活的材料，并拥有更复杂、更紧凑的机械结构。
这将使微小型机器人能够适应各种环境和任务需求，提高机器人的可靠性和运作效果。
最后，微小型机器人将更加广泛应用于未来的领域。
随着技术的不断进步和应用场景的丰富，微小型机器人将在农业、环境保护、教育等众多领域发挥重要作用。
微型机器人技术的发展与应用前景分析
微型机器人技术的发展与应用前景分析微型机器人是一种大学问、跨学科和综合性的科学技术，它的发展具有重要的理论意义和实际应用。
微型机器人技术是以微电子技术、微机电系统技术、机器人技术和智能控制技术为主要技术手段，将微型机电系统、微电子、传感器、通信、控制等技术有效结合，实现微型机器人的研制、控制和操作。
该技术的研究涉及到机械制造、电子技术、计算机技术、材料科学、生物医学等多个领域，因此具有广泛的应用前景。
一、微型机器人技术的发展历程微型机器人是近年来发展迅速的一种新型自主运动微系统，它在工业测量、生命科学、医学、环境监测、军事、能源、石油等领域具有广泛的应用前景。
微型机器人的发展历程可以分为三个阶段：第一阶段为早期微型机器人研究，主要集中在微机械系统方面，如微机械加工、微尺寸机器人制造等技术；第二阶段为微型机器人应用的技术转化和发展，如医学中的内窥镜机器人、机器人显微镜等；第三阶段为以微电子技术、微机电系统技术、机器人技术和智能控制技术为主要手段的微型机器人技术，它将微型机电系统、微电子、传感器、通信、控制等技术有效结合，实现微型机器人的研制、控制和操作。
二、微型机器人技术的发展趋势1.微型机器人技术的多功能化发展随着科学技术的不断进步，微型机器人技术的功能也越来越多样化，可在制造、生物医学、物流、智能家居、军事、环保等行业中发挥重要作用。
未来，人们可以期待微型机器人与生物医学领域的结合，可以进行药物输送、靶向治疗，还可以在高度危险的医疗手术中进行协助，确保手术操作的精确和安全。
2.微型机器人技术的向智能化发展随着大数据、人工智能等新一代信息技术的快速发展，将使微型机器人在智能化领域发挥更为重要的作用。
微型机器人在处理信息的速度和精度方面更具优势，可以实现对环境的识别和感知，自主控制行动。
3.微型机器人技术的向生物化合一发展微型机器人技术的向生物化方向的转变，也将打造出更加先进、更加精确、更加安全的生物体内机器人。
机器人技术的发展现状和未来趋势预测
机器人技术的发展现状和未来趋势预测近年来，机器人技术取得了长足的发展，正在改变着我们的生活和工作方式。
从最早期的工业机器人到如今的人工智能机器人，机器人技术正不断地演进和创新。
本文将介绍机器人技术的发展现状，并展望未来的趋势。
一、机器人技术的发展现状机器人技术的发展取得了显著的成就。
目前，机器人已经应用于各个领域，包括工业制造、医疗卫生、军事防卫等。
在工业制造领域，机器人实现了自动化和高效产能，大大提高了生产效率和产品质量。
在医疗卫生领域，机器人手术系统可以进行精确操作，减少了手术风险和恢复时间。
在军事防卫领域，无人机已经成为一个重要的战略装备，用于监视、侦察和打击敌人。
而在人工智能方面，机器人正逐渐具备人类智慧的一些特征，例如语言理解、图像识别和自主学习能力。
这些技术的突破使得机器人能够更好地与人类进行沟通和合作。
比如，聊天机器人可以进行基于自然语言的对话，帮助人们解答问题和提供信息。
另外，语音助手也成为了人们日常生活中的得力帮手，例如Siri和Alexa 等。
二、机器人技术的未来趋势预测未来，机器人技术将继续推进创新和发展。
以下是几个可能出现的趋势：1. 人机协作的进一步发展：随着机器人技术的不断进步，机器人和人类之间的合作将变得更加紧密和深入。
传统意义上的机器人替代人力的时代已经过去，目前的发展方向更加注重人机协作。
人们可以与机器人共同完成一些复杂的任务，从而提高工作效率和生活质量。
2. 个性化定制的机器人服务：随着人工智能技术的发展，机器人将更好地理解人类的需求和喜好。
未来，我们可以期待个性化定制的机器人服务，例如根据个人口味和饮食习惯制定菜单的智能厨房机器人，或者能够根据个体身体情况提供定制化的健康建议的医疗机器人。
3. 机器人在教育领域的运用：随着人工智能在教育领域的广泛应用，机器人将成为一种有潜力的教育工具。
机器人可以根据学生的学习风格和节奏提供个性化的辅导和讲解，帮助学生更好地掌握知识。
机器人技术的发展现状与应用前景分析
机器人技术的发展现状与应用前景分析随着科技的不断发展，机器人技术也在不断地得到提升。
目前机器人技术已经广泛应用于生产、医疗、教育、服务等领域，成为科技进步的重要标志和推动力量。
本文将从机器人技术的发展现状、应用领域以及未来发展前景三方面进行分析。
一、机器人技术的发展现状机器人技术作为一项高新技术，自然而然就处于不断发展的状态。
从单一的机械和传感器结构，发展到各种智能芯片、多维传感器和微电机的应用，再到当前正在发展的机器视觉和深度学习等技术的应用，机器人技术的发展经历了数十年的演变，已经成为一种充满活力的技术。
近年来，机器人技术的发展非常迅速，出现了一系列的新产品和应用。
例如，无人机可以用于拍摄地图、检测天气、观测野生动植物等等，现有的智能家居机器人可以帮助人们打扫卫生、煮饭、洗衣，还可以为人们提供安全监控服务；医疗机器人可以用于手术、康复训练、护理等多个领域；服务机器人可以在酒店、餐厅、超市等场所提供服务，例如导游、点菜、送餐等等。
二、机器人技术的应用领域机器人技术的应用范围非常广泛，除了上文提到的领域，还包括了很多其他领域。
1、工业制造机器人在工业制造领域的应用是最为广泛的，主要用于自动化生产线、机器人化生产等。
机器人能够以高效和精准的方式完成重复性的工作，而且随着制造业标准的提高，机器人的应用领域也越来越广泛。
2、医疗健康医疗机器人是一种应用机器人技术在医疗领域的创新产品，它可以完成一些手术或康复训练，并能够对身体进行监测，诊断和治疗。
医疗机器人主要能够用于精细的手术，如微创手术、神经手术等，提高手术效果和安全性。
3、教育机器人技术在教育领域的使用很多，它可以激发学生的兴趣、提高学生的专注力、锻炼学生的思维能力和创造性，让学生在较短的时间内掌握一些基本的编程技巧，达到一种互动学习的效果。
4、服务行业服务机器人在服务行业领域使用较多，主要应用于酒店、餐厅、超市等场所，为顾客提供导游、点菜、送餐等服务。
机器人技术的发展现状与未来应用前景
机器人技术的发展现状与未来应用前景近年来，随着科技的不断进步，机器人技术也取得了巨大的突破和发展。
从最早的机器人只能进行简单的操作，到现在已经能够进行复杂的工作，机器人的发展正朝着更加智能、灵活的方向发展。
本文将探讨机器人技术的发展现状以及未来的应用前景。
一、机器人技术的发展现状在工业领域，机器人已经广泛应用于生产线上。
传统的机器人主要用于单一的重复性任务，如焊接、喷涂等。
而现在的机器人具备了更高的智能，能够进行自动化操作和灵活的任务切换。
一些先进的机器人甚至具备了感知和学习的能力，能够在复杂环境下自主工作。
这些新型机器人的出现，不仅提高了生产效率，也减轻了人力负担，使工业生产更加高效。
除了工业领域，机器人技术在服务行业的应用也越来越广泛。
例如，现在的餐厅可以借助机器人完成食品制作和送餐服务；医院中的机器人可以帮助医生进行手术操作；在家庭中，机器人也可以扮演家政服务员的角色。
这些机器人既能减轻人们的劳动强度，也能提高服务质量，为人们创造更多的便利。
此外，机器人技术还在科学研究领域发挥着重要作用。
例如，在天文观测中，利用机器人望远镜可以实现连续不间断的观测；在海洋探测中，机器人潜水器可以深入海底进行数据采集。
这些机器人能够承受恶劣环境，为科学家提供更多的数据，推进科学研究的进展。
二、机器人技术的未来应用前景机器人技术的应用前景十分广泛。
随着人工智能技术的发展，机器人将变得越来越智能化，能够更好地适应人类需求。
以下几个领域有望成为机器人应用的热点。
首先是医疗保健领域。
随着人口老龄化的加剧，医疗资源的供需矛盾将愈发凸显。
机器人可以在医疗保健领域提供重要支持。
例如，机器人可以用于检测、诊断和治疗疾病；还可以用于康复训练和护理服务。
通过机器人技术的应用，可以提高医疗的效率和质量，解决医疗资源不足的问题。
其次是农业领域。
随着城市化的推进，农村劳动力不断减少，农田面积也有限。
机器人技术可以帮助农民自动完成农业生产的各个环节，例如播种、收割、施肥等工作。
微型机器人技术的研究现状和趋势
微型机器人技术的研究现状和趋势随着科技的发展和人们对机器人应用的需求增加，微型机器人技术逐渐引起了广泛关注。
本文将简要介绍微型机器人技术的研究现状，并展望未来的发展趋势。
一、微型机器人技术的定义和特点微型机器人是指尺寸小于一米的机器人系统。
与传统的机器人相比，微型机器人具有以下几个显著特点：1. 小巧灵活：由于尺寸的限制，微型机器人可以在狭小的空间内灵活操作，具备更广泛的应用场景。
2. 高度精准：微型机器人采用先进的传感器和控制系统，能够实现高精度的运动和操作。
3. 多功能性：微型机器人可以具备多种功能，如检测、监控、医疗等，实现多样化的任务。
二、微型机器人技术的研究现状1. 结构和材料：微型机器人的结构设计和材料选择是关键。
目前，研究者提出了多种创新的结构设计理念，例如仿生机器人、可展开式机器人等。
材料方面，研究者正在尝试使用纳米材料和生物材料，以提高机器人的性能和适应性。
2. 动力和驱动：微型机器人的动力和驱动系统是实现其运动和操作的关键。
电磁力、磁力、压力等多种驱动方式被用于微型机器人的驱动系统中。
此外，太阳能、燃料电池等新型能源也被研究者探索和应用。
3. 传感和控制：微型机器人的传感和控制系统是实现其高精度运动和操作的基础。
传感器技术的发展使得微型机器人能够获取更加准确的环境信息，而先进的控制算法则实现了机器人的自主决策与行动。
4. 应用领域：微型机器人技术在医疗、环境监测、无人探测等领域有着广阔的应用前景。
例如，在医疗领域，微型机器人可以用于内窥镜等医疗器械的操控和手术辅助；在环境监测领域，微型机器人可以用于检测和修复污染区域；在无人探测领域，微型机器人可以用于勘探灾难现场或危险环境。
三、微型机器人技术的发展趋势1. 多机器人协作：未来，微型机器人将更多地实现多机器人协作，形成机器人网络，实现复杂任务的分工合作。
2. 智能化：随着人工智能技术的进步，微型机器人将具备更高的自主决策能力和智能感知能力，能够更好地适应复杂环境和任务需求。
微观机器人技术的发展现状与未来趋势分析
微观机器人技术的发展现状与未来趋势分析在科技的蓬勃发展下，人类不断突破传统技术的边界，开创出许多新的领域。
微观机器人技术作为其中之一，正逐渐展现出其巨大的潜力与发展前景。
本文将对微观机器人技术的发展现状与未来趋势进行分析。
一、微观机器人技术的发展现状微观机器人是指尺寸在微米至毫米级别的机器人，其有别于常规的大型机器人，可以在微小空间内执行各种任务。
目前，微观机器人技术已经取得了一些重要的进展。
首先，微观机器人已经广泛应用于医学领域。
通过微观机器人的介入，医生可以实现对身体内部微小器官和组织的观察和操控，从而实现更加精确和安全的手术操作。
同时，微观机器人可以运输药物到病灶位置，实现精确的治疗，提高治疗效果。
其次，微观机器人技术在工业生产中得到了应用。
与常规机器人相比，微观机器人更加灵活和敏捷。
它可以进入到一些狭窄空间内，进行精密加工和装配，提高生产效率和产品质量。
此外，微观机器人还能够进行危险任务，如火灾救援和核辐射清理，减少人类的风险。
再者，微观机器人在环境监测与保护中发挥了重要作用。
微观机器人可以被用作传感器，在水质、大气、土壤等环境中监测各种指标。
通过收集和分析数据，可以提供数据支持，帮助我们更好地了解和保护环境。
二、微观机器人技术的未来趋势微观机器人技术的未来发展前景令人振奋。
以下是一些可能的未来趋势。
首先，微观机器人将更加智能化。
随着人工智能技术的不断进步，微观机器人将具备更强大的智能，能够进行自主决策和学习。
这将大大提高微观机器人在各领域的应用能力。
其次，微观机器人将会在医学领域发挥更大作用。
未来，微观机器人可以被设计用于执行更多种类的手术任务，并且可以适应不同的体内环境。
此外，微观机器人可能会被用于疾病的早期诊断和治疗，从而有效提高治愈率。
再者，微观机器人还将在资源开发和环境保护中发挥更大的作用。
未来微观机器人可以用于矿产资源的勘探和开采，提高资源利用效率。
同时，在环境保护方面，微观机器人可以被用于清理污染源和监测环境变化，为环境保护提供更加精确的数据和解决方案。
机器人技术的发展现状与未来趋势分析
机器人技术的发展现状与未来趋势分析近年来，机器人技术得到了巨大的发展，成为改变我们生活方式和生产方式的重要力量。
本文将对机器人技术的现状和未来趋势进行分析。
一、机器人技术的现状1.1 工业机器人的应用工业机器人是机器人技术应用最为广泛的领域之一。
在制造业中，机器人可以替代人工劳动，提高生产效率和产品质量。
例如，汽车制造业中，大量的焊接、喷涂等工作已经被机器人代替，成为生产线的重要组成部分。
1.2 服务机器人的兴起随着人口老龄化问题的加剧和社会发展的需求，服务机器人逐渐成为一个新的热点。
服务机器人可以在医疗、教育、商业等领域为人们提供便利和支持。
例如，医疗机器人可以辅助手术、护理病人，教育机器人可以提供个性化教育。
1.3 生活机器人的普及生活机器人指能够在家庭环境中陪伴人们、帮助人们解决日常问题的机器人。
例如，扫地机器人、智能音箱等产品已经逐渐普及，成为人们生活中的必备品。
生活机器人的普及离不开人工智能和感知技术的进步。
二、机器人技术的未来趋势2.1 人机融合的发展随着人工智能和机器人技术的发展，人机融合将成为未来的趋势。
人机融合指的是机器人和人类之间的密切合作和互动。
例如，人类可以通过与机器人的交互来实现某些任务，机器人也可以通过学习和感知来更好地理解人类需求。
2.2 机器人的智能化和自主化未来，机器人将更加智能化和自主化。
通过不断发展的人工智能技术，机器人可以具备更高级的认知和决策能力。
机器人将能够更加灵活地适应和应对各种复杂环境，从而解决更加复杂的问题。
2.3 机器人的多样化应用未来，机器人技术将在各个领域得到更广泛的应用。
除了工业、服务和生活领域，机器人还将进入农业、交通、航天等行业。
例如，在农业领域，智能农机将可以自动完成农作物的种植、施肥和收割。
2.4 机器人的伦理和法律问题随着机器人技术的发展，伦理和法律问题也逐渐浮出水面。
例如，机器人是否应该具有道德责任、机器人是否应该替代人类工作等问题。
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杨杰伟，赵江铭
（ 郑州大学 机械工程学院，河南 郑州 450001）
摘 要： 本文介绍了微型机器人驱动技术的特点，对基于不同原理的驱动形式进行了概括总结，综述了
国内外的研究现状，并对微型机器人驱动形式进行了分析和展望． 分析了面向不同应用领域的微机器人
适用的驱动形式，指出无线化是微机器人技术的一个发展方向，磁场驱动技术、微加工技术和智能材料
韩国航空大学 J． Lim 等［10］研制出了单气动线 路驱动的蚯蚓型管道检测微机器人（ 图 1） ． 该机器 人由前气室、后气室和伸展模块 3 部分组成，3 个 气室被一个充气管道连接起来． 首先，后气室逐渐
收稿日期： 2011 － 10 － 27； 修订日期： 2011 － 12 － 22 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 60574089） ． 作者简介： 杨杰伟（ 1977 － ） ，男，河南漯河人，郑州大学讲师，博士，主要从事集成微光机电系统、机电一体化研究，E-
给定子线圈通以一定电流时，平动体在电磁 力作用下从初始位置向前移动，并带动后腿或鳍 前进； 当平动体达到最大允许伸展量时，切断电 源，电磁力消失，机器人主体在波纹管和复位弹簧 的作用下向前移动，同时后腿或鳍的自锁结构可 以防止其向后滑动； 然后平动体回复到相对于定 子线圈的初始位置处，等待下一个工作循环． 这 样，按照一定相序给定子线圈施加电压，就可以控 制定子线圈和永磁体之间的电磁力，使机器人像 尺蠖运动一样前进．
图 6 蝌蚪形泳动微机器人结构示意图 Fig． 6 Isometric view of swimming robot
2． 5． 2 外部旋转磁场驱动 日本东北大学的 K． Ishiyama 和 M． Sendoh 等
研制了外部旋转磁场驱动的泳动微机器人［17 － 18］． 微机器人主体由直径 0． 15 mm 的金属线螺旋状 缠绕在直径 1． 2 mm 的 NdFeB 永磁体上构成（ 图 7） ． 当对微机器人施加外部旋转磁场时，永磁体 被径向磁化，与外磁场同步旋转运动，螺旋结构给 液体一个向后的作用力，微机器人在液体反作用 力下就旋转前进． 改变外磁场的方向可以控制机 器人的运动方向，而运动速度则取决于外磁场的 强度、频率和液体介质．
技术的发展将极大地推动微机器人向人体体内医疗领域应用的延伸．
关键词： 微型机器人； 磁场驱动技术； 智能材料
中图分类号： TH89
文献标志码： A
doi： 10． 3969 / j． issn． 1671 － 6833． 2012． 02． 027
0 引言
近年来，随着微电子机械系统（ MEMS） 的发 展，作为其重要分支的微型机器人的研究也取得 了长足发展，相关研究成果不断涌现． 微型机器人 结构尺寸微小，器件精密，可进行微细操作，具有 小惯性、快 速 响 应、高 谐 振 频 率、高 附 加 值 等 特 点［1］． 微型机器人并不是简单意义上普通机器人 的微小化，微型机器人一般集成有传感、控制、执 行和能量单元，是机械、电子、材料、控制、计算机 和生物医学等多学科技术的交叉融合．
该机器人采用无线射频模块控制，由碱性电 池供电，图 4 为机器人样机． 样机移动速度为 10
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郑州大学学报（ 工学版）
2012 年
mm / min．
图 4 蚯蚓型微机器人样机 Fig． 4 Assembled wireless microrobot
2． 4． 2 IPMC 驱动 IPMC 是一种人工肌肉材料，当对 IPMC 厚度
微机器人执行任务时首先要考虑的是其运动 能力，最终目的是快速精确地到达目的地，因此，驱 动技术在微机器人系统中起着至关重要的作用． 微 型自运动系统通常都需要有大输出力矩、大位移和 低能量消耗的特点．
过去的几十年里，许多驱动原理已被报道，主 要有静电、压电和电磁原理． 静电驱动因气隙小而
使输出力较小，此外，还有功耗低、响应快的特点； 然而，却因垂直于电极的最大位移受限而不适用 于需要位移大于几微米的应用系统． 压电驱动有 大气隙、大输出力和响应快的特点，但位移也受到 严格限制，往往还需要很高的工作电压［2］（ 几十 至几百伏） ． 电 磁 驱 动 有 适 中 的 输 出 力，位 移 较 大，只需要低功耗、低电压的控制器； 但复杂的电 磁结构使其难以制造和微型化．
1 微型机器人的分类及驱动技术特点
微型机器人种类很多，按应用领域分为医疗用 和工业用两类； 按工作环境可分为管道微机器人、 微飞行器和水下微机器人三类； 按驱动方式可分为 气动、微电机驱动、智能材料驱动、能量场驱动等； 按移动方式可分为轮式、足式、蠕动式、泳动式等； 按能源供给方式可分为有线和无线两种形式．
实验分析表明，可通过整微机器人 4 个鞭 毛的旋转方向有效地控制其游动方向． 当 4 个鞭 毛旋转方向一致时，机器人将旋转前进． 2． 4 智能材料驱动形式 2． 4． 1 SMA 驱动
韩国 科 技 学 院 微 系 统 研 究 中 心 的 B． Kim 等［14］研制了一种形状记忆合金（ SMA） 驱动的仿 蚯蚓型微机器人． 形状记忆合金和波纹管组合使 微机器人伸缩前行，具体移动过程是： 硅树脂波纹 管作为弹簧提供变形力，当 SMA 弹簧被加热收缩 时，微机器人前部的微针钳住接触面，躯干后部向 前滑动，同时 SMA 外部的硅树脂波纹管收缩储存 变形能； 然后，SMA 弹簧冷却，波纹管储存的变形 能使 SMA 弹簧伸长，同时，后部的微针钳住接触 面，躯干前部向前滑动； 最后，波纹管和 SMA 弹簧 回到初始平衡状态，二者弹力相等． SMA 的伸缩 靠控制系统对形状记忆合金加热-冷却循环交替 实现．
具体的工作环境来选择驱动形式． 气动形式需要 控制阀、空气压缩机和很长的气体管道，可以应用 于工业领域； 在医疗领域方面，较长的气体管道一 方面会给患者带来不适和痛苦，另一方面会影响 其在人体复杂内腔中运动的灵活性，增加前进的 困难． 热驱动形式如果解决了材料的生物兼容性、 能量消耗及如何应对粗糙表面的问题，就可广泛 应用于医疗领域． 微电机驱动一般适用于工业领 域，结构和制造工艺问题使其输出力矩和尺寸受 到一定限制，在医疗领域的进一步发展也受到一 定程度的限制． 智能材料（ 尤其是 SMA 和 IPMC） 因集传感、控制和执行功能于一体，在人体体内医 疗领域有着非常广阔的应用前景．
韩国 Chonnam 国立大学 D． Byun 等［16］研制
图 7 外部旋转磁场驱动的泳动微机器人 Fig． 7 Schematic view of magnetic micro － machine
2． 5． 3 静磁场驱动 澳大 利 亚 悉 尼 工 程 技 术 大 学 Hai-wei Lu
等［19］研制出了 采 用 线 性 电 磁 执 行 器 驱 动 的 尺 蠖 型微机器人（ 图 8） ． 该机器人外观上由管状主体 和前后两段刚毛状腿或鳍组成． 管状线性电磁执 行器位于机器人主体内，由定子线圈和主要部件
南京航空航天大学的 B． Chen 等［12 － 13］研 制 出了微电机驱动的精子形微机器人． 该微机器人 由椭圆形的头部和 4 个柔软的鞭毛组成（ 图 3） ， 鞭毛由机器人头部内置的 4 个微电机驱动，当柔 软的鞭毛被微电机带动在液体环境中旋转时，它 们将形成又长又细的螺旋，液体作用于鞭毛的粘 滞力将对微机器人产生推力从而使其前进． 机器 人内带减速齿轮的微电机长 22 mm、直径 4 mm； 鞭毛由直径 0． 15 mm 的 SMA 制成．
图 5 鱼形微机器人结构示意图 Fig． 5 Structure of micro fish-like robot
IPMC 材料除了应用于泳动机器人，还可用于 行走机器人的驱动． Shu-xiang Guo 等又设计了使 用 IPMC 材 料 的 单 自 由 度 和 多 自 由 度 行 走 机 器 人． 2． 5 能量场驱动形式 2． 5． 1 外部交变磁场驱动
随着微机械加工工艺及智能材料的发展，各 种各样的微机器人应用系统都在逐步使用能实现 大输出力矩、高运动精度和强行进能力等运动特 性的新型驱动系统．
2 国内外研究现状
目前，微型机器人常用的驱动技术概括起来 主要有： 气动、热驱动、微电机驱动、智能材料驱动 和能量场驱动． 其中，智能材料驱动常用的有形状 记忆合金（ SMA） ［3］、人工肌肉材料（ IPMC） ［4］、压 电材料 （ PZT） ［5 － 6］、巨 磁 致 伸 缩 材 料 （ GMA） ［7］； 能量场驱动常用的有微波、光波、磁场和超声波等 能量场［8 － 9］． 2． 1 气动形式
mail： young-me@ 163． com．
第2 期
杨杰伟，等： 微型机器人驱动技术发展及现状分析
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充入空气并膨胀，机器人身体后部的夹钳紧贴到被 检测管道表面； 然后空气使伸展模块内的气室充 气、膨胀，机器人就向前伸展身体； 随着空气的不断 充入，前气室也逐渐膨胀并达到特定气压值，身体 前部的夹钳紧贴到管道表面； 然后通过排气使后气 室在气流反作用力下前进，同时伸展模块收缩． 通 过气阀使充气和排气循环交替进行，就实现了像蚯 蚓一样的运动． 改变充放气时间可改变机器人的运 动速度． 该机器人长 70 mm，直径 9 mm．
该机器人采用的是有线控制形式，为了进一 步微型化，作者又提出了将提供控制信号的 DSP 控制器集成到机器人内部的无线控制方案．
出了外部交变磁场驱动的蝌蚪形泳动微机器人． 该机器人由丙烯酸主体、旋转轴、圆柱型钕铁硼永 磁体和硅树脂尾鳍组成（ 图 6） ，尾鳍直接与永磁 体和旋转轴相连，在外部交变磁场作用下永磁体 改变磁轴方向，永磁体绕旋转轴转动，从而带动尾 鳍划水使微机器人前进和转向． 该蝌蚪形机器人 结构简单，但因使用了有两对赫尔姆霍茨线圈的 EMA（ 电磁驱动） 系统而能被精确控制，因此能在 水中以各种姿势自由游动． 其动作的改变是通过 控制尾鳍的摆动角度和频率实现的．
2012 年 3 月 第 33 卷 第 2 期
郑州大学学报（ 工学版） Journal of Zhengzhou University （ Engineering Science）