機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用 課件 第9、10章 機(jī)器人應(yīng)用、機(jī)器人技術(shù)變革

機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用Fundamentalsandapplicationsofrobotics第九章:機(jī)器人應(yīng)用29.1機(jī)器人應(yīng)用概述9.2工業(yè)機(jī)器人9.3服務(wù)機(jī)器人9.4特種機(jī)器人目錄3隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷革新，在確保安全、經(jīng)濟(jì)、有效、高質(zhì)的前提下，需要創(chuàng)造與總結(jié)新的經(jīng)驗(yàn)，包括在各種產(chǎn)業(yè)部門批量使用機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)。目前，機(jī)器人除了在工業(yè)領(lǐng)域外，還在醫(yī)療康復(fù)、?？仗剿骱蛙娛碌阮I(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。本章將以工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人為例，說明機(jī)器人的應(yīng)用。9.1機(jī)器人應(yīng)用概述4現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車行業(yè)機(jī)電行業(yè)建筑業(yè)金屬加工鑄造等其它輕重型工業(yè)部門。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用可分為四個方面：材料加工零件制造產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配。9.2工業(yè)機(jī)器人59.2工業(yè)機(jī)器人9.2.1焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人(weldingrobot)是工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用領(lǐng)域最廣的機(jī)器人，約占工業(yè)機(jī)器人總數(shù)的25%。常用的焊接機(jī)器人有點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。69.2工業(yè)機(jī)器人焊接機(jī)器人由機(jī)械本體、控制柜和焊接電源等組成。工作原理:焊接機(jī)器人采用可編程的控制方式，工作人員事先根據(jù)工作任務(wù)和運(yùn)動軌跡編制控制程序，并將其輸入到控制器中，機(jī)器人則會按照指令復(fù)現(xiàn)出運(yùn)動軌跡。焊接機(jī)器人整體79.2工業(yè)機(jī)器人許多新一代焊接機(jī)器人采用視覺方法對焊縫進(jìn)行自動檢測和自動跟蹤，使自動化程度和焊接質(zhì)量達(dá)到更高的水平。89.2工業(yè)機(jī)器人9.2.2搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人(handlingrobot)是可進(jìn)行自動化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。常用的搬運(yùn)機(jī)器人有龍門式搬運(yùn)機(jī)器人、懸臂式搬運(yùn)機(jī)器人、側(cè)壁式搬運(yùn)機(jī)器人、擺臂式搬運(yùn)機(jī)器人和關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人等(a)龍門式機(jī)器人

(b)懸掛式機(jī)器人(c)擺臂式機(jī)器人

(d)關(guān)節(jié)式機(jī)器人99.2工業(yè)機(jī)器人由視覺、機(jī)器人和監(jiān)控三個子系統(tǒng)組成。工作原理:通過視覺系統(tǒng)，測定傳送帶上零件的方向和位置，將零件抓放至合適的位置。視覺搬運(yùn)機(jī)器人—CONSIGHT109.2工業(yè)機(jī)器人9.2.3噴涂機(jī)器人噴涂機(jī)器人(sprayrobot)是可進(jìn)行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人。119.2工業(yè)機(jī)器人焊接機(jī)器人由機(jī)器人本體、噴涂機(jī)、控制器等組成。工作原理:噴漆機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動，多采用5或6個自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動空間，并可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動，其腕部一般有2至3個自由度，可靈活運(yùn)動噴涂機(jī)器人系統(tǒng)129.2工業(yè)機(jī)器人PJ-I噴涂機(jī)器人是國內(nèi)研制的最早噴涂機(jī)器人之一，由操作器、油源和控制裝置組成。工作模式分為示教和再現(xiàn)兩個過程。PJ-I裝配圖139.2工業(yè)機(jī)器人9.2.4檢修機(jī)器人檢修機(jī)器人(maintenanceandinspectionrobot)用于一些危險(xiǎn)和工人不方便作業(yè)的場合(高空作業(yè)、管道等)。(c)管道檢修機(jī)器人14服務(wù)機(jī)器人組成部分移動機(jī)構(gòu)感知系統(tǒng)控制系統(tǒng)服務(wù)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)自主移動技術(shù)感知技術(shù)人機(jī)交互9.3服務(wù)機(jī)器人159.3服務(wù)機(jī)器人9.3.1手術(shù)機(jī)器人手術(shù)機(jī)器人(surgicalrobot)被稱為刀尖上的科技。借助機(jī)械臂、控制臺和成像系統(tǒng)，協(xié)助醫(yī)生以微創(chuàng)手術(shù)的形式進(jìn)行準(zhǔn)確控制，完成復(fù)雜的手術(shù)。(a)骨科手術(shù)機(jī)器人

(b)神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人

手術(shù)機(jī)器人169.3服務(wù)機(jī)器人達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人是世界上僅有的、可正式在腹腔手術(shù)中使用的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，也是目前最復(fù)雜和最昂貴的外科手術(shù)系統(tǒng)之一。術(shù)者通過手術(shù)臺車上仿真機(jī)械臂、聲控、手控或踏板完成各項(xiàng)手術(shù)操作。PJ-I裝配圖179.3服務(wù)機(jī)器人康復(fù)機(jī)器人(rehabilitationrobot)幫助殘疾人解決生活中活動困難的一種機(jī)器人。(a)上肢康復(fù)機(jī)器人(b)下肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)機(jī)器人康復(fù)機(jī)器人可劃分為：康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人和輔助型康復(fù)機(jī)器人。驅(qū)動方式有電機(jī)驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、油液驅(qū)動和氣動肌肉等9.3.2康復(fù)機(jī)器人189.3服務(wù)機(jī)器人肌電接口技術(shù)，通過對肌電圖的檢測，人們可以做出肌疲勞性、重癥肌無力、肌強(qiáng)直、肌萎縮等各種肌病的臨床診斷；同時(shí)，還可以利用人體表面肌電的某些特征進(jìn)行識別來驅(qū)動康復(fù)設(shè)備的動作。肌電接口技術(shù)199.3服務(wù)機(jī)器人BCI技術(shù)BCI關(guān)鍵技術(shù)包含信號采集、特征提取、信號分類和生物反饋。大腦在進(jìn)行活動時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞將產(chǎn)生微電活動傳到頭皮表層形成腦電波(EEG)，通過檢測、信號處理辨析出人的意圖，隨后將其轉(zhuǎn)換為控制命令，來實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的控制和與外界的交流。209.3服務(wù)機(jī)器人教育機(jī)器人(educationalrobot)應(yīng)用在教育領(lǐng)域，成本較低、安全性比較高，整體的性價(jià)比比較好，在使用的過程中開放性比較好。(a)樂高機(jī)器人(b)BIOLOID機(jī)器人教育機(jī)器人9.3.3教育機(jī)器人219.3服務(wù)機(jī)器人教育機(jī)器人應(yīng)用外國的學(xué)者運(yùn)用語音識別、口語理解、會話管理、情感表達(dá)等技術(shù)設(shè)計(jì)了Mero機(jī)器人和EngKey口語教育機(jī)器人并投入使用。229.4特種機(jī)器人特種機(jī)器人(specialrobot)是指應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域，一般由經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員操作或使用的，輔助或代替人執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人。具有靈活性、機(jī)動性，可代替人完成重復(fù)、繁瑣或危險(xiǎn)的勞動，已廣泛應(yīng)用于消防、軍用、海洋探索等領(lǐng)域。239.4特種機(jī)器人9.4.1水下機(jī)器人水下機(jī)器人(underwaterrobot)是工作于水下的極限作業(yè)機(jī)器人，能潛入水中代替人完成某些操作，又稱潛水器。主要于在海上救援、石油開發(fā)、地貌勘察、科研、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水下船體檢修清潔、潛水娛樂、城市管道檢測等領(lǐng)域。奮斗者號載人潛水器

249.4特種機(jī)器人水下機(jī)器人根據(jù)不同的特征，可分為：浮游式水下機(jī)器人、步行式水下機(jī)器人、移動式水下機(jī)器人。(a)浮游式水下機(jī)器人

(b)步行式水下機(jī)器人

(c)移動式水下機(jī)器人259.4特種機(jī)器人9.4.2空間機(jī)器人空間機(jī)器人是指能在宇宙空間作業(yè)的機(jī)器人，近年來隨著智能機(jī)器人的發(fā)展與研究，其已成為新的研究領(lǐng)域，是空間開發(fā)的重要組成部分。主要任務(wù)：(1)先驅(qū)勘探；(2)能量補(bǔ)給；(3)功能服務(wù)；(4)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。特點(diǎn)：體積比較小；重量比較輕；抗干擾能力比較強(qiáng)；智能程度比較高；功能全；耗能低；工作壽命長；可靠性高。269.4特種機(jī)器人空間機(jī)器人按用途可以分為：艙內(nèi)/外服務(wù)機(jī)器人、星球探測機(jī)器人、自由飛行機(jī)器人。(a)航天飛機(jī)遙操作臂(b)“海盜號”火星探測器(c)“軌道快車”項(xiàng)目279.4特種機(jī)器人9.4.3軍用機(jī)器人軍用機(jī)器人是一種用于完成以往由人員承擔(dān)的軍事任務(wù)的自主式、半自主式或人工遙控的機(jī)械電子裝置。目標(biāo)：完成預(yù)定的技術(shù)或戰(zhàn)略任務(wù)(a)地面軍用機(jī)器人

(b)核潛艇(c)軍用微型無人機(jī)289.4特種機(jī)器人9.4.4消防機(jī)器人消防機(jī)器人作為特種機(jī)器人的一種，廣泛的應(yīng)用于消防救援當(dāng)中。作用：代替消防救援人員進(jìn)入有毒、缺氧、濃煙等危險(xiǎn)災(zāi)害事故現(xiàn)場代替救援人員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理(a)高樓消防供水機(jī)器人(b)自動滅火小型機(jī)器人(c)搬移危險(xiǎn)品的消防機(jī)器人29作業(yè)習(xí)題：1-1、1-3、1-5。機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用Fundamentalsandapplicationsofrobotics機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用Fundamentalsandapplicationsofrobotics第十章:機(jī)器人技術(shù)變革3110.1機(jī)器人技術(shù)變革概述10.2仿生機(jī)器人10.3軟體機(jī)器人10.4微納機(jī)器人目錄32隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及發(fā)展戰(zhàn)略的進(jìn)一步深入實(shí)施，機(jī)器人技術(shù)迎來了重大變革。機(jī)器人技術(shù)逐漸聚焦國家戰(zhàn)略與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，把握機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢，研發(fā)例如仿生機(jī)器人、水下機(jī)器人、軟體機(jī)器人與微納機(jī)器人等前沿技術(shù)，推進(jìn)人工智能、5G、大數(shù)據(jù)、云/霧/邊緣計(jì)算等新技術(shù)的融合應(yīng)用。10.1機(jī)器人技術(shù)變革概述3310.2仿生機(jī)器人10.2.1足式機(jī)器人足式機(jī)器人理論與技術(shù)是一個多學(xué)科集成的研究領(lǐng)域，涉及智能控制(主要包括位置與姿態(tài)的穩(wěn)定性控制、魯棒控制)、行為步態(tài)的自動生成方法、和諧人機(jī)交互理論、人工智能與人工情感理論方法等多個方面。3410.2仿生機(jī)器人Atlas雙足機(jī)器人是由一個由28個驅(qū)動器組成的液壓系統(tǒng)提供動力，其內(nèi)部充滿了這些液壓驅(qū)動器以及連接它們的液壓管道。它的控制軟件是采用了機(jī)器人身體的基本物理學(xué)的數(shù)學(xué)模型，以及它如何與環(huán)境互動。阿特拉斯依靠其整個身體來平衡和移動。當(dāng)跳過障礙物或做雜技特技時(shí)，機(jī)器人不僅使用它的腿，而且還使用它的上半身，擺動手臂來推動自己。

波士頓動力Atlas雙足機(jī)器人3510.2仿生機(jī)器人Spot四足機(jī)器人的腿由12個定制的直流電機(jī)驅(qū)動，每個電機(jī)配備減速器，以提供高扭矩。Spot的硬件包括用于控制的處理板，以及用于感知的傳感器模塊。每個模塊由一對立體相機(jī)、一個廣角相機(jī)和一個紋理投影儀組成，能在低光下增強(qiáng)3D感知能力。這些傳感器使機(jī)器人能夠使用SLAM導(dǎo)航方法，即同時(shí)定位和測繪，來自主地四處游走。

波士頓動力Spot四足機(jī)器人3610.2仿生機(jī)器人10.2.2仿生魚近年來，隨著仿生學(xué)、人工智能的不斷進(jìn)步以及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，仿生機(jī)器魚(BiomimeticRoboticFish)的研究成為魚類推進(jìn)機(jī)理和機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)。仿生機(jī)器魚是參照魚類游動的推進(jìn)機(jī)理，利用機(jī)械電子元器件或智能材料實(shí)現(xiàn)水下推進(jìn)的一種運(yùn)動裝置。3710.2仿生機(jī)器人德國FESTO，所設(shè)計(jì)的Airacuda是一種具有鰭推進(jìn)功能的仿生漂浮物，采用氣動驅(qū)動，在構(gòu)造、設(shè)計(jì)和運(yùn)動學(xué)方面遵循其生物模型。有四個氣動肌腱，可實(shí)現(xiàn)S形運(yùn)動，并且尾鰭可以平順轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)。Airacuda像其自然原型一樣，借助氣泡設(shè)法在水中保持平衡。內(nèi)部有一個空腔，可以充滿水或充滿空氣。壓力傳感器確定深度并向電子設(shè)備發(fā)送信號，然后電子設(shè)備打開相應(yīng)的閥并向腔室供應(yīng)真空或壓縮空氣。FESTO還設(shè)計(jì)了一款靈感源自蝠鲼的水下機(jī)器魚Aqua_ray。其采用流量優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，易于靈活、高效地在水中操縱。仿生魚不僅在形式和設(shè)計(jì)上模仿真實(shí)的蝠鲼，它的運(yùn)動模式也非常接近自然原型。AiracudaAqua_ray3810.2仿生機(jī)器人中科院自動化所在對魚類深入觀察的基礎(chǔ)上，開發(fā)了多種類型的微小型機(jī)器魚以及多機(jī)器魚協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，并對機(jī)器魚的控制、感知能力以及協(xié)調(diào)控制方法開展了深入的研究。仿豹魴鮄機(jī)器魚（RobDact）擁有一對波動長鰭與一個大功率雙關(guān)節(jié)尾鰭，可實(shí)現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)、浮潛以及狹窄的空間內(nèi)自由運(yùn)動。它同時(shí)具有一定負(fù)載能力，以及良好的環(huán)境友好性、機(jī)動性和運(yùn)動穩(wěn)定性。仿豹魴鮄機(jī)器魚（RobDact）3910.2仿生機(jī)器人香港大學(xué)機(jī)械工程系研發(fā)的SNAPP，保持著一項(xiàng)于2020年創(chuàng)下的吉尼斯世界紀(jì)錄：游完50m的水下路線只需耗時(shí)22.92秒，其以2.18米/秒的速度突破了人類游泳的科學(xué)界限。SNAPP采用模塊化設(shè)計(jì)，便于維護(hù)、維修和定制。浮力可通過增加身體組件來增加，其防水性能得益于它使用了丙烯酸管和O型圈。它還使用433MHz低頻無線電，所以能更好地穿透水下信號。SNAPP以3D打印制作而成，總成本大約641美元。模塊化結(jié)構(gòu)的SNAPP4010.2仿生機(jī)器人10.2.3撲翼飛行機(jī)器人鳥類撲翼飛行四個階段：下拍階段：鳥機(jī)器人的機(jī)械翅膀從后上方向下前方拍動，在下拍的過程中翅膀同時(shí)向前扭轉(zhuǎn)，此時(shí)翅膀基本保持平直。彎曲階段：在下拍到最低點(diǎn)時(shí)翅膀有一個短暫的停頓，翅膀外部向下折疊成拱形。上提階段：鳥機(jī)器人從最低點(diǎn)向上提的過程中，只有腦骨關(guān)節(jié)部分抬起，腕關(guān)節(jié)只稍向后扭轉(zhuǎn)，仍保持低下位置，整個翅膀保持折疊成拱形。展平階段：骨關(guān)節(jié)幾乎抬到最高點(diǎn)時(shí)，前肢迅速抬起到“充分高”的部位，翅膀迅速展平，然后重復(fù)循環(huán)。4110.2仿生機(jī)器人SmartBird哈工大鳥類撲翼飛行機(jī)器人德國FESTO公司設(shè)計(jì)的“SmartBird”，哈工大團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制作的機(jī)器海鷗等都是鳥類撲翼飛行機(jī)器人。4210.2仿生機(jī)器人昆蟲類撲翼飛行機(jī)器人能夠在空中實(shí)現(xiàn)任意前進(jìn)、倒退與懸停。如黃蜂的翅膀是類似平面的薄體結(jié)構(gòu)，不能伸縮變形，不具滑翔能力，只能通過高頻振動和靈巧的撲翅運(yùn)動產(chǎn)生足夠升力。昆蟲機(jī)器人在空中飛行，可以沿者三個自由度方向來改變飛行姿態(tài)。Micro-Bat撲翼機(jī)器人，機(jī)翼結(jié)構(gòu)形狀模仿蝙蝠或昆蟲的翅膀，利用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)加工制作。Micro-Bat撲翼機(jī)器人4310.3軟體機(jī)器人在眾多軟體機(jī)器人中軟體機(jī)器人手/臂以獨(dú)特的操作性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域得到率先發(fā)展。10.3.1軟體機(jī)械臂應(yīng)用前景：在太空捕獲、水下操作、消防救援等領(lǐng)域。分類：依附型軟體機(jī)械臂，主要配合運(yùn)動機(jī)器人和人體完成操作任務(wù)；獨(dú)立軟體機(jī)械臂，兼具位姿變換功能，實(shí)現(xiàn)了抓持結(jié)構(gòu)與運(yùn)動功能的巧妙融合。4410.3軟體機(jī)器人麻省理工學(xué)院研制一款三維空間運(yùn)動軟體機(jī)械臂，它完全由低硬度彈性體組成，并由壓縮空氣提供動力，通過特定的形狀設(shè)計(jì)使軟體機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)給定的抓取動作。麻省理工學(xué)院軟體機(jī)械臂上海交大線驅(qū)動軟體機(jī)械臂機(jī)器人上海交通大學(xué)某課題組提出了一種基于光纖布拉格光柵（FPG）傳感的傳感網(wǎng)絡(luò)，以及采用機(jī)械臂末端的視覺反饋系統(tǒng)進(jìn)行軟體機(jī)械臂的運(yùn)動控制研究。利用形狀感知算法基于分段恒定曲率和扭矩假設(shè)，可以將傳感器網(wǎng)絡(luò)測量的曲率和扭矩轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)的全局位置和方向。4510.3軟體機(jī)器人特點(diǎn)：由于軟材料比剛性材料具有更加復(fù)雜豐富的響應(yīng)特性，這不僅帶來功能上的靈活性和順應(yīng)性，在軟體手的設(shè)計(jì)和控制方法上也具有了更多可能。10.3.2軟體機(jī)械手哈佛氣動驅(qū)動軟體機(jī)器手4610.3軟體機(jī)器人中科大計(jì)算機(jī)學(xué)院陳小平教授團(tuán)隊(duì)研究了一種“象鼻”軟體機(jī)器手。基于蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制備了像象鼻一樣兼具靈活度和大負(fù)載能力的軟體手臂，其負(fù)載能力約為3Kg，負(fù)載自重比達(dá)到了1：1。這種結(jié)構(gòu)使用桌面級3D打印機(jī)打印，決定了這一機(jī)器人成本低、易制備。象鼻機(jī)器人轉(zhuǎn)動手輪氣動軟體機(jī)器手抓取不同物體北京航空航天大學(xué)文力課題組研究了一種四指氣動柔性軟體機(jī)器人，構(gòu)建了一個具有可調(diào)有效手指長度的四指軟機(jī)器人抓手，它具有無限自由度近似于生物手指。在多個有效手指長度和氣動空氣壓力下，機(jī)器手抓握不同形狀和尺寸的物體。4710.3軟體機(jī)器人10.3.3軟體仿生機(jī)器人世界首個全軟體機(jī)器人Octobot2016年，麻省理工提出了世界上首個全軟體機(jī)器人Octobot（軟體章魚機(jī)器人）。Octobot是一只僅手掌大、各個構(gòu)件都不使用硬性材料的自動機(jī)器人，不僅機(jī)器人的軀干和驅(qū)動器是柔性材料，連控制系統(tǒng)和電源也使用柔性材料，無需再受外置電纜的牽制。實(shí)現(xiàn)運(yùn)動：爬行、跳躍、游動、蠕動和滾動等4810.3軟體機(jī)器人中科院寧波材科所設(shè)計(jì)的一種由智能變形水凝膠制作的小型軟體機(jī)器人。研究人員制備具有超快溫度響應(yīng)的PNIPAm復(fù)合水凝膠，將雙層水凝膠切斷并重新排序組裝，形成更多的自由度與變形策略。智能變形水凝膠軟體機(jī)器人浙江大學(xué)自供電軟體機(jī)器魚浙江大學(xué)李鐵風(fēng)教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室，提出機(jī)電系統(tǒng)軟-硬共融的壓力適應(yīng)原理，成功研制了無需耐壓外殼的仿生軟體智能機(jī)器人，首次實(shí)現(xiàn)了在萬米深海自帶能源軟體人工肌肉驅(qū)控和軟體機(jī)器人深海自主游動。4910.4微納機(jī)器人特點(diǎn)：質(zhì)量輕、體積小、靈活性高、推重比大等10.4.1微型機(jī)器人分類(按尺寸大小)：微米至厘米級尺寸的機(jī)器人納米至微米級尺寸的機(jī)器人作用：前者尺寸稍大，可搭載通信、控制、監(jiān)測等多種負(fù)載，在人工監(jiān)督下完成預(yù)定路線的任務(wù)；后者一般由外力驅(qū)動，主要用于生物醫(yī)療等領(lǐng)域。5010.4微納機(jī)器人四足MEMS微型機(jī)器人類水黽微型機(jī)器人利用NiTi合金構(gòu)建線形致動器，尺寸為3.5mm×6.0mm×5.1mm的四足MEMS微型機(jī)器人。致動器采用電驅(qū)動，腿部為四連桿機(jī)構(gòu)，可將致動器的線性運(yùn)動轉(zhuǎn)為步態(tài)運(yùn)動。基于超疏水和光熱轉(zhuǎn)換特性的復(fù)合材料—石墨烯/聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料，制作了一種類水黽微型機(jī)器人，可以在水面上滑行和180°翻滾跳躍，并表現(xiàn)出良好的紅外光驅(qū)動性能和磁可控性。5110.4微納機(jī)器人環(huán)境約束：低雷諾數(shù)和布朗運(yùn)動10.4.2微納米機(jī)器人分類(按驅(qū)動方式)：物理場驅(qū)動微納米機(jī)器人、化學(xué)驅(qū)動微納米機(jī)器人、生物驅(qū)動微納米機(jī)器人、混合驅(qū)動微納米機(jī)器人。5210.4微納機(jī)器人制造方法：(a)生物手段的自組裝；(b)3D打??；(c)自卷曲技術(shù)制造等。(a)不對成結(jié)構(gòu)

(b)螺旋結(jié)構(gòu)

(c)管狀結(jié)構(gòu)5310.4微納機(jī)器人(a)電場驅(qū)動微納機(jī)器人(b)光驅(qū)動微納機(jī)器人(c)磁場驅(qū)動微納機(jī)器人(d)氣泡驅(qū)動微納機(jī)器人

(e)超聲驅(qū)動微納機(jī)器人物理場驅(qū)動微納米機(jī)器人磁驅(qū)動微納米機(jī)器人，適用于遠(yuǎn)程操作,在生物醫(yī)療領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。光驅(qū)動微納米機(jī)器人主要是基于光催化反應(yīng)，具有遠(yuǎn)程可控、高時(shí)空分辨率等多種優(yōu)勢。除此之外，物理場驅(qū)動的微納米機(jī)器人還包含超聲驅(qū)動微納米機(jī)器人、氣泡驅(qū)動微納米機(jī)器人與電驅(qū)動微納米機(jī)器人。5410.4微納機(jī)器人化學(xué)驅(qū)動微納米機(jī)器人學(xué)驅(qū)動一般是基于化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行驅(qū)動。常見的是催化反應(yīng)，如酶催化反應(yīng)、過氧化氫（H2O2）催化反應(yīng)等。通過與化學(xué)燃料反應(yīng)產(chǎn)生不對稱的濃度梯度誘導(dǎo)微納米機(jī)器人的運(yùn)動。5510.4微納機(jī)器人基于活細(xì)胞的生物驅(qū)動微納米機(jī)器人自然界中有很多具有自運(yùn)動能力的微生物，如精子、藻類細(xì)胞、細(xì)菌和心肌細(xì)胞等。這些生物體表現(xiàn)出高能量轉(zhuǎn)換效率以及生物相容性。將它們作為驅(qū)動馬達(dá)可以制備出具有特定功能的微納米機(jī)器人，比如在藥物遞送時(shí)可以和癌細(xì)胞特異性靶向結(jié)合等。5610.4微納機(jī)器人混合驅(qū)動微納機(jī)器人在面對復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境以及特定的功能任務(wù)時(shí)，具有單一驅(qū)動方式的微納米機(jī)器人可能無法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)。(a)光-磁混合機(jī)器人

(b)光-超聲混合機(jī)器人通常使用多種控制方式共同驅(qū)動，采用化學(xué)驅(qū)動和磁驅(qū)動方式共同驅(qū)動的微納米機(jī)器人與采用單