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微型机器人的发展现状及展望摘要: 微型机器人是微电子机械系统的一个重要分支, 由于它能进入人类和宏观机器人达不到的狭小空间内作业, 几十年来受到了广泛的关注。本文首先介绍了微型机器人的发展现状和研究中面对的问题，接下来展示了微型机器人的几个应用实例，最后对微型机器人未来的发展进行展望。关键字：微型机器人 发展 现状 展望 1.微型机器人的发展现状1.1微型机器人发展现状概述近年来，采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 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。因此，作为微机电系统技术发展方向之一的基于精密机械加工微机器人技术研究已成为国际上的一个热点，这方面的研究不仅有强大的市场推动，而且有众多研究机构的参与。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。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。1.2微型机器人的组成一般的机器人虽然是由多种配件构成的，但大致可分为组织部、传感器部、控制部和驱动部。组织部是指机器人的外型(身体，手，腿，脚，关节等)。传感器部是识别外部环境的部分(视觉传感器、声音传感器、嗅觉传感器、触觉传感器等)，是机器人和现实世界之间的纽带。但就目前传感器技术而言，我们能选用的传感器或者说负担的起的传感器不多。根据传感器的工作特征，可以分为光学传感器、声音传感器、力传感器、位置传感器。控制部是判断识别到信息和抑制动作的部分(微型计算机)，也是机器人的大脑，可以有很多叫法，可以叫做微控制器，微处理器，处理器或者计算器等。通常微处理器是一块芯片，而其它的是一整套控制器，包括微处理器和一些别的元件。任何一个机器人大脑就必须要有这块芯片，不然就不能称为机器人了。机器人运动要靠程序来控制，编程语言是一种控制器能够接受的语言类型，一般有C语言、汇编语言和basic语言，通常能被较高级的控制器直接执行，因为在高级控制器里面内置了编译器能够直接把一些高级语言翻译成机器码。驱动部是让机器人实际动作的部分(电机，液压装置，空压装置等)。1.3国内微型机器人的研究领域国内机器人主要分为面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器人，针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器人和面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器人三个方面。2.微型机器人发展中面临的问题 2.1驱动器的微型化 微驱动器是MEMS 最主要的部件, 从微型机器人的发展来看, 微驱动技术起着关键作用, 并且是微机器人水平的标志, 开发耗能低、结构简单、易于微型化、位移输出和力输出大, 线性控制性能好, 动态响应快的新型驱动器(高性能压电元件、大扭矩微马达) 是未来的研究方向。 2.2 能源供给问题 许多执行机构都是通过电能驱动的, 但是对于微型移动机器人而言, 供应电能的导线会严重影响微型机器人的运动, 特别是在曲率变化比较大的环境中。微型机器人发展趋势应是无缆化, 能量、控制信号以及检测信号应可以无缆发送、传输。微型机器人要真正实用化, 必须解决无缆微波能源和无缆数据传输技术, 同时研究开发小尺寸的高容量电池。 2.3 可靠性和安全性 目前许多正在研制和开发的微型机器人是以医疗、军事以及核电站为应用背景, 在这些十分重要的应用场合, 机器人工作的可靠性和安全性是设计人员必须考虑的一个问题, 因此要求机器人能够适应所处的环境, 并具有故障排除能力。 2.4新型的微机构设计理论及精加工技术 微型机器人和常规机器人相比并不是简单的结构上比例缩小, 其发展在一定程度上和微驱动器和精 加工技术的发展是密切相关的。同时要求设计者在机构设计理论上进行创新, 研究出适合微型机器人的移动机构和移动方式。 2.5高度自治控制系统 微机器人要完成特定的作业, 其自身定位和环境的识别能力是关键, 开发微视觉系统, 提高微图象处理速度, 采用神经网络及人工智能等先进的技术来解决控制系统的高度自治难题是最终实现实用化的关 键。 3.微型机器人的应用实例按照设计，这个机器人可携带摄像机，通过有弹性的“腿”爬进患者的消化道，替代传统内窥镜进行检查。它可用来检查食管、胃和十二指肠内部的损伤或溃疡情况，由意大利圣安娜高等学校的CRIM实验室开发。这款摄像胶囊由微型螺旋桨驱动，也设计用于检查人体消化系统。在被患者从嘴里吞服下以后，它会“游动”检查医生所怀疑的区域。 2011 年4月7日的国际仿生机器人学术研讨会上，来自各国高校工程学院的学生们向人们展示了最新的仿生机器人。其中这一个被号称为“最小的飞行器”，看起来就像一只机器蜻蜓，从头到翼尾仅10厘米，重量3克多一点。这只蜻蜓，啊不是，这个微型仿生机器人因为体积实在太小，因此载重量除了自身的芯片和电池之外，就只能安装一个0.4克重量的微型摄像头了。4.微型机器人的前景及展望微机器人还处于实验室理论探索时期, 离实用化还有相当的距离。存在许多关键的技术没有得到解决, 这些问题的解决过程中，同时会带动许多相关学科的发展。只有当这些问题解决以后, 微型机器人的实用化才会成为可能。我们要勇于创新, 抓住这个前沿课题, 将微型机器人技术应用到国民经济建设发展影响较大的领域。微型机器人是正在兴起的一个机器人新领域，在民用军用，科学试验中都有很大的用武之地。微型机器人技术的发展将会在机器人领域引发一场革命，并将会对社会各方面产生重大的影响。参考资料:1 付国强, 梅涛, 孔德义, 张彦微型机器人外场驱动技术的研究现状与发(J). 光