微机械和微机器人研究的最新进展

　　1　引　　言

　　1987年美国加州大学贝克利分校首次成功研制出Φ60～120μm的静电型微马达,被认为是微机械诞生的标志,于是世界各国兴起了对微机械研究的热潮。微机械主要研究微驱动器、微传感器、微小移动系统及其应用和制造技术,是一门新兴技术。在当今机器人的研究领域里,微机器人的研究是一个重要的发展方向,随着微机械的迅速发展,微传感器和微马达研制成功,为设计微机器人奠定了良好的基础。本文主要阐述了微机械和微机器人的研究现状、应用及未来的发展趋势。

　　2　微机械

　　2.1　微机械的研究现状及应用

　　微机械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、通讯和电源等于一体的微型机电系统,在日本惯称为微机械,而在美国惯称为MEMS[4]。

　　基于微机械的重要性,美国、日本等各国都高度重视发展该技术。从1997年到2001年,美国国防部先进研究计划署每年投入的研究经费达7000万美元[4]。日本通产省自1991年度开始实施总投资250亿日元的“微机械技术”十年开发计划。但各个国家的研究重点还是略有区别的,美国对微机械研究的主要工作集中在以半导体制造技术为基础的微电子机械系统的开发上;而日本主要致力于将传统的制造技术毫微化,利用现有的金属等材料,综合现有机械技术,制造出微型机械。

　　我国从80年代末开始了微机械的研究,以跟踪国外为主,在微型压力传感器、微型电机的研发方面成果较为显著,如上海交通大学信息存储研究中心研制出直径1mm电磁型微马达[4]。　　微机械对世界科技、经济发展和国防建设有着巨大影响,在各个领域中有着广泛的应用。

　　2.2　微机械未来的应用

　　未来微机械应用将主要集中在IT和生物技术工程上,因此现在需要积极发展微机械与信息、生物技术的结合。微机械在IT、生物医疗和工业等领域里的潜在应用有:虚拟现实技术、激光计算机、DDS(数据电视数字服务)系统、微工厂、纳米级的微机器人的研制等[1][2]。

　　3　微机器人

　　3.1　微机器人的发展现状

　　微电子机械系统及相关技术的发展,为微型机器人的研究奠定了坚实的基础,由此机器人进入了一个新的发展领域——微型系统。微机器人系统由四大部分组成,即驱动装置、控制系统、行走机构和操作器。根据目前微机器人移动形式和所处的环境大致可以分为三大类:行走型机器人、管道机器人、人体管道医疗机械[5]。行走机器人主要有轮式和足式二种:图1所示是由瑞士制造的轮式微机器人,尺寸为22×20×19mm,通过二个微马达驱动轮子来行走的。图2所示是由美国麻省理工学院研制的足式微机器人,有6条相同的腿,每条腿有两个驱动器,一台马达控制升降,另一台马达控制前进和后退。