基于多层分布式电极的微小机器人静电薄膜电机驱动机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905256
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0512.微纳机械系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Microrobots, with the dimension of several millimeters, are widely applied in, e.g., medical operation, industrial inspection, search and rescue, attracting a large number of researchers. However, conventional actuators--electromagnetic motors, if shrink to the small scale, are not adequate to support the microrobots, suffering from poor energy density, while other actuators in this size mostly are based on induced-strain mechanism, suffering from short-stroke, great nonlinearity, and control difficulties, and hence actuation is one of the primary challenges for microrobots. Electrostatic actuators do not have those problems, since the stator and slider of an electrostatic actuator are coupled by electrostatic field instead of material deformation. While shrink, electrostatic film actuators, nevertheless, are subject to nonlinearly decreasing effective actuation area ratio, and weak output force. To circumvent this problem, this work proposes a novel electrode structure (multiple-layer distributed electrodes) to avoid the difficulties and costs in the manufacturing of the components inside the ineffective area, increase the effective actuation area, and enable the scalability of the actuators. This project studies on the millimeter-scale electrostatic film actuators integrating multiple-layer electrodes, by focusing on the actuation mechanism. By systematically exploring the three key scientific problems in the novel actuators: the mechanism among electrical potential, electrostatic field, and electrostatic force, the kinematic model of the actuator’s electrical-mechanical system, and the transfer mechanism of errors of shape, position, and electric circuits in the actuation system, this project shows a new approach for long-stroke, high-precision, easy-control actuation of microrobots, and provides scientific proofs and fundamental theories for the basic core techniques of microrobot actuators.
毫米尺度的微小型机器人广泛应用于医疗、检测、救援等领域,是近年来机器人领域的研究热点之一。然而,传统的电磁型电机在该尺度下能量密度不足,其他大多数新型驱动方式存在行程短、运动非线性、控制较难等问题,故微型机器人的驱动是该领域首要难题之一。基于静电场耦合驱动的静电薄膜电机可解决以上问题,但其微型化过程中存在有效驱动面积占比急剧减小,无法满足微型机器人的驱动需求等问题。本研究提出一种新的电极构型(多层分布式电极构型)以大幅减小非有效面积,提升电机跨尺度性能,降低加工难度和成本。以多电极层微型静电薄膜电机为研究对象,围绕多电极层静电薄膜电机驱动机理,探索其基于静电场的电-场-力耦合机制、电机系统机-电耦合机制、非理想条件参数与其驱动性能耦合机制等关键科学问题,为微型机器人的大行程、高精度、易控制的驱动提供一条新思路,同时为微型驱动器关键共性技术提供科学依据和基础理论支撑。

结项摘要

静电薄膜电机是近年来的一个研究热点。但其微型化过程中存在有效驱动面积占比急剧减小,无法满足微型机器人的驱动需求等问题。本研究以多电极层微型静电薄膜电机为研究对象,围绕多电极层静电薄膜电机驱动机理,本项目已完成建立多电极层静电薄膜电机的电-力学耦合模型、面向微型静电驱动的多层级设计与动力学分析、非理想参数对微型静电驱动的影响研究等研究内容,并进行了实验验证。研究团队已发期刊论文10篇,会议论文1篇,其中包括International Journal of Robotics Research、IEEE Transactions on Robotics、Nature Communications、Soft Robotics(2篇)、IEEE/ASME Transaction on Mechatronics、IEEE Robotics and Automation Letters机器人领域顶级期刊论文7篇。申请专利6项。培养在新型电机、微型驱动以及微型机器人领域具有深入研究经验的博士生1名、硕士生5名。项目组已经完成了任务书中的全部研究内容。为驱动器这一机器人领域关键共性技术提供了新的理论分析方法和技术路径。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
So-EAGlove: VR Haptic Glove Rendering Softness Sensation With Force-Tunable Electrostatic Adhesive Brakes
So-EAGlove:VR 触觉手套通过力可调静电粘合剂制动器渲染柔软感
  • DOI:
    10.1109/tro.2022.3172498
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Robotics
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Quan Xiong;Xuanquan Liang;Daiyue Wei;Huacen Wang;Renjie Zhu;Ting Wang;Jianjun Mao;Hongqiang Wang
  • 通讯作者:
    Hongqiang Wang
Miniature Mobile Robot Using Only One Tilted Vibration Motor.
仅使用一台倾斜振动电机的微型移动机器人
  • DOI:
    10.3390/mi13081184
  • 发表时间:
    2022-07-27
  • 期刊:
    Micromachines
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zhu R;Zhang Y;Wang H
  • 通讯作者:
    Wang H
Flexible Metal Electrodes by Femtosecond Laser-Activated Deposition for Human–Machine Interfaces
用于人机界面的飞秒激光激活沉积柔性金属电极
  • DOI:
    10.1021/acsami.2c00419
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yaqiang Ji;Yuxuan Liao;Hu Li;Yongqing Cai;Dongliang Fan;Qian Liu;Shubin Huang;Renjie Zhu;Shuai Wang;H0ngqiang Wang;Liang Guo
  • 通讯作者:
    Liang Guo
SimoBot: An Underactuated Miniature Robot Driven by a Single Motor
SimoBot:单电机驱动的欠驱动微型机器人
  • DOI:
    10.1109/tmech.2022.3189218
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    IEEE-ASME Transactions on Mechatronics
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Yifan Zhang;Renjie Zhu;Jianhao Wu;Hongqiang Wang
  • 通讯作者:
    Hongqiang Wang
Electrostatic Adhesion Clutch with Superhigh Force Density Achieved by MXene-Poly(Vinylidene Fluoride–Trifluoroethylene–Chlorotrifluoroethylene) Composites
MXene-Poly(偏二氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯)复合材料实现超高力密度静电粘附离合器
  • DOI:
    10.1089/soro.2022.0013
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Soft Robotics
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Daiyue Wei;Quan Xiong;Jiufeng Dong;Huacen Wang;Xuanquan Liang;Shiyu Tang;Xinwei Xu;Hongqiang Wang;Hong Wang
  • 通讯作者:
    Hong Wang

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

夏季日粮电解质平衡值对笼养初产蛋鸭血液酸碱平衡和生产性能的调控
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    饲料工业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王安;范承浩;王宏强
  • 通讯作者:
    王宏强
一种新的黎曼流形学习方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    南京大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈绍荣;王宏强;黎湘;夏胜平
  • 通讯作者:
    夏胜平
基于稀疏贝叶斯方法的脉间捷变频ISAR成像研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    电子与信息学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏伍各;王宏强;邓彬;秦玉亮
  • 通讯作者:
    秦玉亮
沙柳生物质颗粒致密成型特性的离散元仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    锻压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李震;王宏强
  • 通讯作者:
    王宏强
太赫兹雷达多声音信号活动检测技术
  • DOI:
    10.11887/j.cn.202201005
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    国防科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王元昊;王宏强;杨琪;邓彬;罗成高
  • 通讯作者:
    罗成高

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

王宏强的其他基金

柔性静电薄膜驱动器速度周期性跳变的形成机制与抑制方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码