管道微型机器人的发展近况

2015-07-24 16:58:32 admin 18

  管道微型机器人聪发展近,李,章亚男,陈方泉,龚振邦上海大学精密机械工程系,上海2018001微型机械与微型机器人微型机械肘1016从广义上包括了微小型和纳米机械,但并非普通机械单纯微小化,而是指可以批量制作的,集微型机构微型传感器微型执行器以及信号处理和控制电路直至接口通讯和电项技术也称为微型制造技术MicoManufactung,各国的发展侧重点有所区别。

  微型机电系统是个新兴的技术领域,1所不为微型机电系统的模型。微型机电系统在工业信息处理和通讯航空航天航海医学和生物工程农业和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用前景。许多国家都很重视微型机电系统技术的研究和开发,美国,日本西欧些国家等在九十年代纷纷将其列人高技术发展规划。

  微型机器人41是可编程通用的微型机械,用厘5研究开发的重要分支。微型机器人系统本身很小,便于进人微小空间进行操作。微型机器人不可简单理解为普通机器人的微小化。微型机器人学是个多学科交叉的前沿学科,它以机械电子技术为基础,还涉及到化学计算机科学材料科学生物科学通信和,动控制等许多领域。

  虽然大管道行走的机器人国内外已开发了许多,但在直径20,左右管道中的微型机器人的研究才刚起步,由于受结构尺寸和作业空间的限制,微型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。管道微型机器人是种可沿细小管道内部或外部自动行走,携有种或多种传感器及操作器,在操作人员的遥控操作或计算机的自动控制下,能够进行系列管道作业的机电仪体化系统。管道微型机器人的应用范围有医疗生物工程细小工业管道的检测和维修等。

  基金项目国家863计划智能机器人主资助项目863512041898成找,找崎2000.5 2国外管道微型机器人近况日本在微型机械方面侧重于机械制造,开发出不少实用产品。日本在管道微型机器人方面的研究最为活跃和富有代性。日本通商产业省的微机械技术十年计划的大应用0标中的前两大目标就与管道有关,即制造出能进入工业管道检修的微型机械和能进人人体进行诊断和实行手术的微型机器人。

  曰本DENSO公司研制出压电元件驱动的微型机器人,用于细小工业管道的自动化检测工作。微型机器人主要由压电元件配重和夹钳组成,携带涡流传感器进行检测,该微型机器人是根据惯性冲击运动的原理设计的。2为惯性冲击运动的原理小意,3为微型机器人的运动意。合理配置本体和配重的质量,再用定频率,定幅值的锯齿波电压作用于压电元件,就能实现微型机器人在管道内的前后移动。030公司先用层叠式压电陶瓷作为驱动器,做出的微型机器人本体直径5.5长2自重18,移动速度为6成可在0而的管道内作水平垂直运动。后来050公司用双压电晶片对其进行了改进,改进型的移动速度是原先本体压电元料东京工业大学开发出了基于螺旋轮式运动原理微型机器人,该微型机器人的本体由几个单元体通过弹簧连接而成。每个单元体上均布有只支撑臂,用螺旋弹簧将支撑臂上的小轮紧压在管道内壁上,产生预压力。小轮的轴线相对单元体的轴线倾斜了个角度,通过软轴将扭矩作用于单元体上使微型机器人运动。该机器人带上微型,摄像机可用于细小工业管道的检测工作。4为螺旋轮器人可在内径025.4,曲率半径不小于2的管道内移动,速度约348.

  1.细小管道2.轮子的轨迹3.小轮4.微型机器人本体5.驱动力矩支压电致动器配重慢速伸展慢速收缩惯性力最大摩擦力加快速收缩4,快速伸展3向右移动1向左移动针对核电站蒸汽发生器的热交换管道外面检测工作自动化的要求,日本菱公司提出了研制链型机器人可在蒸汽发生器的热交换管道间的固定板上移动,检查热交换管与固定板相交处有无缺陷,多个类似的微型机器人可以连接成条链,绕在管子外面上下移动来对管子外面进行检测。其间的关键技术在驱动器的微小也技术微型机器人的连接与断开技术和分布式微型机器人自治系统的控制技术。目前微马达微行星齿轮减速器和单个微型机器人已研制成功,链式微型机器人系统的仿真实验亦获成功。

  曰本名古屋大学研制出了不需电缆供能的管道微机器人,微机器人由管道外的电磁场来驱动控制,外径为21可用于检测和生物医学研究。东京工业大学根据蚯蚓蠕动原理开发出了种蠕动式管道微机器人,6为该管道微机器人的个蚯蚓型移动单元,7为其运动原理。它采用气压驱动柔性微执行器1人,整个机器人由节单元组成,按照定的控制规律使节单元协调动作能够实现微机器人在直径为10管内的前后移动,移动速度为2.25.

  1移动方向用于人体管道检测的微型机器人要求管径更细,柔软性安全性更。日本的主要研究单位有澳林帕斯光学公司和名古屋大学,主要采用8形状记忆合金作柔软弯曲运动,目前可达到的最小直径为长度为儿十毫米。名古屋大学研制目标是使微型机器人进人脑部微血管。菱公司基础部研制了种5螺旋弹簧式主动内窥检查微型机器人,它由弯曲部2个3执行器和纤维镜组成。另种进人人体的进行医疗和检查用的微型机器人是药丸型微机械系统,日本早稻田大学正在进行此项研究。此外,东京大学生物医学工程中心提出了应用动压润滑理论驱动微小执行器在体内运动的设想,即使用个螺旋凸缘式驱动器,依靠其和粘液之间产生的剪切力进行驱动,驱动器和人体不直接接触,既能保证主动驱动,又不过分伤害人体组织。

  美国加州理工学院研制了种主动内窥检查微型机器人,这种管道微型机器人尾部拖有线缆控制信号线,进出气导管和光纤束,本体主要由支撑器和延展器组成,采用蚯蚓蠕动方式运动。卡内基梅隆大学也研制了种主动内窥检查微型机器人,它由导向机构骨架和橡胶管组成。骨架能够在刚性和柔性之间转换,橡胶管有定硬度且能沿着骨架移动,两者之间有足够的润滑来保证相互滑动。

  法国在1995年已研制出直径1长度为31装置,可安装照明电源切割头电视头等。微型机器人从口腔进人人体后,医生在体外通过无线电对其进行跟踪和控制。微型机器人可在胃肠道特定部位施放药物,观察病灶情况,甚至可以用丝线套住,结扎小肿瘤并将其切除。

  意大利开发了用于结肠检查的携带主动内窥镜口组成。母体装有诊断和手术工具,并提供驱动力,运动方式为蠕动式。母体由个模块组成,两个模块起定位和支撑作用,第个模块起伸缩作用。每个工作循环有7个状态,受微型气体分配器控制。

  3我国管道微型机器人近况我国学术界和有关政府部门对微技术的研究也相当重视,国家自然科学基金会863计划和国防科工委对微机械或MEMS都有不少的资助。我国在面向管道检测的微型机器人研究方面取得了定的成果。

  中国科技大学研制出了基于3河导向的用于人体肠道检查和腹腔手术的医用蠕动式管道微型机器人。携带的内窥镜检测微型机器人在可控的SMA元件的作用下可以实现自主导向。3元件的变位量与温度内阻存在对应的关系,所以SMA既可作为驱动元件又可作为传感器。本例中,3元件和软芯被做成多竹节结构,通过对其通电控制,微型机器人头部的内窥镜整体能在空间维方向弯曲成所需要的形状,乃至复杂的8型,因此微型机器人容易穿越大肠不规则的各种管道,大大降低患者的痛苦。8为该微型机器人主动引导机构,9为该微型机器人主动引导控制框。上海交通大学也进行了类似的研究工作。上海交通大学还研制了2,1大小的微马达和10,1级的微型小车,有望用于工业管道管内和管间的检测工作。上海交通大学研究成果还有基于永磁铁的电磁力式微型机器人。广东工业大学也进行了些管道微型机器人的研究工作。

  编辑启迪研究方向为机电体化,微型机师。研究方向为智能机器人,SMA元件⑷竹节式结构上海大学微机械中心在国家自然科学基金国家863计划和上海市教委科委的资助下进行了系列细小工业管道微型机器人的研究工作,在跟踪国外发展动向时积极进行技术创新,取得了不少成果。上海大学微机械中心成功研制了基于电磁力式人。不需软轴驱动的螺旋轮式菅内微型机器人,还研制了微管道机器人用的微夹持机械手。目前该中心正在进行管间移动微型车高聚物仿生筋肌驱动的管内蠕动式微型机器人,管内无缆供能管内无缆信号传送和面向管道检测的多微型机器人移动控制协调及集成技术的研究工作。

  面向管道检测的微型机器人有深厚的应用背景和广阔的前景,目前我国的研究状况与国外相比还有不小的差距。我们不仅要进行技术跟踪,而且要勇于创新,抓住这个前沿课,将微型机器人技术应用到对国民经济建设发展影响较大的领域。

  器人。

  龚振邦男,教授,博士生收稿日期19991227广台名为042200的带锯床在湖南机床厂研带是目前国际国内最大的,床。

  进的龙门式结构,集机械压系统于体,使用,自动接送料,其切割精度外同类产品水平。该机床径2米的管料空心料,重量为50吨,其外型高米,工作行程8米,重70余1极调速,切割速度为13特大型石油输送管道。目育型锯切设备仅有我国德家企业能够生产。

  能生产带锯床又能生产带业,是我国锯床行业的龙士厂生产的双金属带锯条占有市场,并成功地将产品出个国家。该厂生产的锯切右及非金属的管材。,422,制成功,也将为我国的西4气东输重点工程中起到重1可属研西特大型卧式带锯床在我国厨制成功5晋3先液全内直件7无。东大的最国割工宽用分中种本业巧过切栽,割该日丁电控是丁!。,既企该0的家的I条家厂M.另咖切特4,i 01够发。80几开用钠60到大大米


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