用于机器人的微型直线电机研究与开发现状

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1、用于机器人的微型直线电机研究与开发现状盎朝东。}‘坶大’≯，_1渤200(}72摘醴-口机器J、的也州行髓⋯发淹埘、r¨挖微一I=_^线f}帅l的现q需求．概l￡r1Ⅲ微型E}线电机的“发耻状，煎to升’“r_“目外4、功／：E比细“住微’“A线也帆驶《肚能多数，般述r作瑙＆H潍题纰北州冀技术舒域舫”宽】一作进胜，城耵，震翅r微’¨^线fU机n成用#场前聚．挺Ⅲ』7}：1莳砸特解班豹弹韪，戈键词：微型直线电机．，F盘现状0引言进入2l世纪以来，机器人技术发展速度明显加快，机器人正以前所未有的面貌走进人们的视野。从当前机器人应用开发的特点看，可以说机器人技术芷迎来重大的转型期。人形机器人和仿生

2、机器人正在渐渐成为机器人世界的主角，并开始活跃在人类生活的各个领域。例如，在桉电站、宇宙空间、海底等危殓环境下，以及在精密加工、微剖伤手术等精细微小环境下，机器人正代替人类做各种复杂的操作。再例如，在家庭、医院、娱乐等场所服役的服务机器人，通过其身体特别是手部的动作来完成人们赋予的各种辅助性工作。技术转型必然伴随着一系列新的相关技术的涌现。其中最显著的变化就是电机。由于服务型机器入主要通过手对外界对象物做各种操作动作，冈此机器八F咒巧‘o西}L接扶定J’帆器凡末端执行效煨的蚶坏。嗤薛机器人手还比较枉走和笨拙，迫切需譬解决F嗣：驱动篾甘的件积和驱动是活陡、准确眭和【Ij靠陛。另。^面，服务掣机

3、器人也钨·川儆型化、紧凑lt}tt精细化玎向发雠。昆虫州器人胜体越米越小、宠物机器人}【cj令身n由度越米越多，机器凡的面部在情和姒部动作越艇越}二富、越米越矗敞，其发展的个重婴瓶预也足搬动技术，别埔}“珊功黄}，或肌肉的新≈o微掣{扯机的Jr发。相r的帆群人技术绪新掣In机设训1{1款蔚米』’新的挑战同吣也意【睐彳亍微特ln机钉ql将迎来继倍，自革r命以b叉轮，壅勃发艘⋯吼。1新型机器人对于驱动电机的需求目l器凡c}j电机n勺作川l要足r“生动灯输⋯，同时能进行岛精度的驱动控制。％前，机器凡手指荚扮的驰动j二要胜采川-乜磁．Ll=的小11和微掣直流电机。这种果用传统的旋转电髓I也帆作为手指

4、gK动的缺点是，功率／蠹量比髓着电机体积的减小向r降；婪把手指微小，币掰不把电机竣嚣在远离驱动点的地方，山此造成绳轮、伞齿轮等繁复的机械传动机杜』使手指结构臃肿f如图1所示)，动作响应币灵活。机器人创新实验和觉赛中的微型机器人大鼍使用着舵机来傲机器人关节驱动。舵机的体积很难进～步减小，好的舵机目前还依赖进口，价格较贵。一般来说，可以在机器入上使用的微型驱动电机应该具有如下特点：I)直接驱动，能像肌肉一样直接输出直线运动的速度和推力，输出功率达到可用水平：2)体积小，功率，重量比大，为便于布置，电机的横向尺寸要小，或者做成多自由度式；3)效率高，功耗小，动作可靠，工作寿命长；4)运动性能稳定，

5、控制性好，传动刚度大，有断电保持力，响应快；5)能满足某些特殊场合的需要，如高真空、高纯净、超薄、超细、超高超低温等。新的需求促使人们在伺服电机、直流电机等传统机器人用电机之外，探索新的驱动原理，应用和开发新的功能材料，新型电机机理和结构层出不穷。2微小型直线电机的研究与开发现状随着机电产业向高精度化发展，电子产品和通讯产品正迅速微型化和薄型化，因此近十几年来，国际上关于微型直线电机的研究和开发十分活跃。日本文部科学省在2004年启动专项研究基金“下一代驱动器研究”(特定领域研究438号，2004年4月-2009年3月)，加速推动日本国内新型微型电机的研发。在德国不莱梅，两年一度的驱动器专题

6、国际会议暨产品展示会已举办了10届，规模和影响越来越大，已成为国际上微型直线电机和驱动器高手云集、杰作荟萃的盛会。美国正在积极开展人工肌肉的研究，网络媒体上不断有让人注目的新成果出现。表1给出了迄今为止较典型的新型微型直线电机，表2归纳了它们的能量变换原理和主要特点。，表1新原理微型电机和驱动器汇总换能形式微型直线电机和驱动器压电，电致伸缩驱动器，超声电机，静电驱动电器，电流变流体驱动器，电场共轭流体驱动器磁超磁致伸缩驱动器，磁流变流体驱动器流体压橡胶管驱动器，柔性微驱动器热形状记忆合金驱动器，储氢合金驱动器光光致伸缩驱动器，激光驱动器化学能高分子驱动器表2各种驱动器的换能原理与特点种类换能

7、原理特点响应快，力大，形变小，叠层专扩大形变，压电，电致伸缩驱动器电专力(应变)逆压电，电致伸缩效应位移分辨率大超声电机电专力(超声振子)行波型和驻波型，力矩大，位移分辨率大电流变流体驱动器电流变效应(明显的流体粘性变化)功率密度大，响应快，流体泵，阀磁流变流体驱动器粒子胶的磁化作用功率密度大，流体泵，控制阀，人工肌肉结构非常简单，微型化，微小型电机，人静电驱动器电专静电力工肌肉电场共轭流体驱动器DC高电压专