微型机器人是微机电系统(MEMS)的重要研究方向之一,它具有惯性小、谐振频率高、响应时间短、集约高技术成果等特点,应用领域较为广泛。其中外磁场驱动的泳动微型机器人在医疗领域具有潜在的应用前景,并成为国际上的研究热点。 本文以超磁致伸缩薄膜(GMF)为驱动器,研制了一种外磁场驱动的无缆仿生游动微型机器人。首先对磁致伸缩现象及超磁致伸缩材料的性能做了分析,着重研究了超磁致伸缩薄膜的动态特性,建立了磁致伸缩薄膜动态驱动模型,其研究方法是以超磁致伸缩薄膜复合梁的等效形变为基础,将磁致伸缩驱动应力转换为等效驱动力矩,建立磁致伸缩薄膜的强迫振动模型,运用受迫振动理论来研究其动态特性。该模型为薄膜驱动器的设计和优化提供了依据,为研究仿生游动机理奠定了基础。 然后,本文在分析了鱼类形体特点、运动时受力情况和各种推进模式的基础上,确定了微型机器人的结构,研究了微型机器人仿生游动机理,实现途径是以超磁致伸缩薄膜驱动器为尾鳍,在交变磁场驱动下产生的受迫振动,来模仿鱼类尾部摆动,产生推进力,实现微型机器人的游动。建立了微型机器人游动的推力模型和游动速度模型,并针对该模型进行了计算仿真研究。 最后进行了超磁致伸缩薄膜动态性能实验和微型机器人游动实验的研究,分析了误差产生的原因。实验结果表明,该机器人具有较好的游动性能,实现了基于超磁致伸缩薄膜驱动器的微型机器人的外磁场无缆驱动控制方法。