① SAW陀螺仪的设计
本项目拟设计的SAW陀螺仪由差分结构的SAW双延迟线振荡器和频率采集模块组成,其中两延迟线结构相同,平行且反向放置。
设计SAW延迟线的中心频率为80MHz,压电基片与金属点阵参数由仿真结果确定。SAW延迟线的输入换能器采用如图3.9所示的梳状SPUDT(单相单向叉指换能器)结构,共分为四组,每组长度40(为SAW设计波长),其中SPUDT有效指对数5,假指单元为35,输出换能器采用长度为40的不含假指单元的SPUDT结构。
② SAW陀螺仪的加工
基于上述工作中提取的压电基片与金属点阵的优化设计参数,利用MEMS加工工艺研制工作频率为80MHz的SAW延迟线器件。
SAW器件属于高精度器件,每一道工序都需要在超净间里完成,制作工艺流程如图8所示,基底经过预处理后,利用光刻技术在基底表面制备金属电极图形,最后经过划片、粘片等步骤得到最后的器件。
SAW陀螺仪样机性能实验测试
实验测试系统主要由精确速率转台、转台控制系统、高低温箱、稳压电源以及待测的SAW传感器系统构成。精确速率转台速率范围±0.0005deg/s~±1000deg/s,最大角加速度为1000deg/s;高低温环境箱温度范围为-70oC~+85 oC,温度控制波动度
在手术机器人中的应用探索
本项目设置金属点阵的陀螺效应增强模式SAW陀螺仪安装于机器人操作臂前端,与位置传感器、速度传感器、加速度传感器、测力传感器协同工作,实时获取机器人手臂的位置与姿态,并通过相关算法实现对手术机器人的精确控制。
该结构陀螺仪可实现良好的温度补偿特性,并通过在SAW传播路径上合理设置的金属点阵,大幅提升陀螺仪的检测灵敏度。而将应用于手术机器人机械臂,可大幅提升手术机器人的稳定性和更精确的可操作性,规避手术中因不够精确而带来的危险。该项工作的开展,对于推进基于SAW的新型陀螺仪的实际应用具有深远的意义,在智慧医疗应用领域具有广阔的应用前景与重大的学术价值。
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