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微型机器人 小组成员 陈权刘习坤孙振文郭彦狄超雄黄丙忠谷洪黄连高子琪 2017年10月23日 CONTENTS 1 4 2 5 3 系统组成 几种微型机器人 分类及用途 展望未来 发展现状 1 系统组成 微型机器人 微执行器 将电信号转化为微动作或微操作的MEMS器件 微传感器 感知外界变量 微能源 为机器人的工作提供能量 控制系统 2 分类及用途 按所应用的领域 分为医疗用和工业用等 按工作环境 分为管道微型机器人 微型飞行器和水下微型机器人等 按驱动方式 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 分为轮式 足式 蠕动式 泳动式等 分类 用途 农业 杀灭害虫 定点洒农药 医学 可以减少对人体其它完好组织的伤害 缩短康复时间 消除手术引起的副作用 工业 给埋藏在地下的大量 无数的小口径输液管道的检测和维护提供了一种很好方式和手段 军事 军事要地的报警 防卫 深入敌后获取重要的军事情报 2 分类及用途 RESEARCHBACKGROUNDS 3 发展现状 近年来 采用MEMS技术的微型卫星 微型飞行器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前景和军民两用的战略意义 3 发展现状 以日本为代表的许多国家在这方面开展了大量研究 重点是发展进入工业狭窄空间微机器人 进入人体狭窄空间医疗微系统和微型工厂 3 发展现状 国内在国家自然科学基金 863高技术研究发展计划等的资助下 有清华大学 上海交通大学 哈尔滨工业大学 广东工业大学 上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系统进行了大量研究 并分别研制了原理样机 3 发展现状 目前国内对微型机器人的研究主要集中在三个领域 1 面向煤气 化工 发电设备细小管道探测的微型机器人 2 针对人体 进入肠道的无创诊疗微型机器人 3 面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器人 4 几种微型机器人 微型医疗机器人 修复血管和器官 研究中 4 几种微型机器人 微型医疗机器人可以在原子级水平上工作 例如 外科医生能够遥控微型机器人做毫米级视网膜开刀手术 在眼球运动的条件下 切除弹性视网膜或个别病理细胞 接通切断的神经 在患者体内或血管中穿行 一旦发现癌细胞就立即把它们杀死以及刮去主动脉上堆积的脂肪等 可以将微型机器人胃镜放进胃内对胃进行全面检查 4 几种微型机器人 微型管道机器人 4 几种微型机器人 组成 检测系统 信号传递 动力传输 控制系统 移动载体 4 几种微型机器人 管道机器人按照驱动方式大致可以分为以下三种 自驱动 自带动力源 利用流体推力 通过弹性杆外加推力 4 几种微型机器人 自驱动管内机器人包括轮式 脚式 爬行式 蠕动式 4 几种微型机器人 目前微型管道机器人一部分仍处于实验室研究阶段 离实际应用还有一段距离 但随着机械电子技术等学科的进一步发展 机器人会更趋于体积小型化 结构模块化 功能多元化 4 几种微型机器人 微型飞行器 4 几种微型机器人 根据美国国防预研局提出的要求 微型飞行器的基本技术指标是 飞行器各项尺寸不超过150mm 重量为10 100g 续航时间20 60min 巡航速度30 60km h 平台有效载荷1 18g 飞行距离1 10km 能自主飞行 技术指标 4 几种微型机器人 1 在军事方面 MAV可以装备到排一级士兵 进行低空军事侦察 监视 战场损伤评估等 作为反辐射和微型攻击武器 摧毁敌方雷达等电子设施以及携带微型战斗部进行攻击 用于目标搜索和通信中继 进行生化探测 并标定危险区域等 2 在民用方面 MAV可以用于交通监控 边境巡逻 森林及野生动植物勘测 航空摄影 输电线路检查 环境监测 气象监测 森林防火监测等 用途 4 几种微型机器人 按照飞行机理的不同 分为微型固定翼飞行器微型旋翼飞行器微型扑翼飞行器 分类 4 几种微型机器人 MicroStar 微型飞行器 微型固定翼飞行器 4 几种微型机器人 微型旋转翼飞行器 大疆 精灵Phantom3SE 4 几种微型机器人 微型扑翼飞行器 4 几种微型机器人 微型水下机器人 飞鱼号 青岛罗博飞海洋技术有限公司 水下视频拍摄 4 几种微型机器人 水污染探测 细小管道清淤 水下数据收集 辅助手术等等多种工作 微型水下机器人的用途 4 几种微型机器人 生物细菌机器人 人造细菌鞭毛 4 几种微型机器人 外观 微型螺旋线形状 模拟大肠杆菌和类似的细菌 工作原理 这种机器人不需要自身动力 也不存在任何移动部件 唯一关键的就是磁场 以保证微磁头可不断地按正确方向向前运动 人造细菌鞭毛的应用 携带药物抵达人体内预定的位置 移除人体内动脉斑块 帮助生物学家修改细胞结构 但这一研究仍处于初级阶段 在实际应用前还需要进一步试验 由于微型机器人是微机电系统研究的一个重要分支 它能够在许多不适合人类和宏观机器人工作的场合 如细小的工业管道及人体内高效地工作 近几十年来它的应用十分广泛 其未来发展的愿景也是十