新型非接触悬浮系统实现高精度搬运精密部件

该装置结构紧凑、运动全向，可在洁净可控的环境中处理小型负载，同时避免表面接触。

对于在微观尺度作业的行业而言，如何快速、精确地运输微型化部件一直是个持续的挑战。传送带、滚轮及其他机械系统产生的摩擦力会减缓运动并限制精度。

这对于机械、化学和生物医学应用中的精密部件尤其成问题，因为即使是微小的振动也可能造成损坏。

为了解决这个问题，横滨国立大学的研究人员开发了一种无线缆的悬浮装置，它能够不接触表面地在任意方向上自由移动。

利用声悬浮实现无摩擦运动

该装置依赖声悬浮技术，利用声波使物体悬浮在半空中。

这避免了磁悬浮系统需要大型磁铁，或气动系统依赖加压气体的体积庞大和结构复杂问题。这两种替代方案都可能成本高昂、笨重，且不适合便携或紧凑型应用。

传统的声悬浮平台还存在一个限制：电缆。电缆用于提供电力和控制，但它们会干扰定位，尤其是在精密制造中。

横滨国立大学副教授兼研究员Ohmi Fuchiwaki表示：“虽然声悬浮消除了地面摩擦，但传统系统依赖的电缆会干扰定位。我们通过开发一种带有无线驱动电路的无线缆悬浮装置解决了这个问题，从而实现了稳定的悬浮高度和高速、灵活的运输。”

性能测试证实系统潜力

性能测试证实了该系统的潜力。该装置在倾斜表面上能以超过每秒三米的速度移动。

在10°的斜坡上，当悬浮功能开启时，它能自由滑行；但当关闭时，它无法克服重力。这些结果表明摩擦问题已成功解决。

研究人员还测试了其有效载荷能力。

该装置在总载重达150克（其中有效载荷本身约43克）时仍能保持平稳运动。超过此重量，悬浮和运动将完全停止。

紧凑设计实现全向运动

一个压电致动器驱动该系统，产生挤压膜（即两个表面之间的一层薄流体膜），从而实现全向运动。这使得该平台能够灵活地在任何方向上移动而无需物理接触。

其紧凑的厘米级设计使其适用于狭窄空间。应用可能包括组装微型电子产品、在无菌环境中运输化学样品，或无需物理接触地移动生物医学细胞。无接触的特性降低了污染风险，这对于敏感操作是一个主要优势。

实验结果与理论预测相符，进一步证实了该系统的可行性。研究人员认为，其速度、机动性和无缆特性使其能够在需要高精度和洁净度的环境中部署。

未来展望

展望未来，该团队旨在将多个悬浮单元与推进机构连接起来，以创建用于非接触式运送的移动机器人。

这样的系统可以在工厂车间、实验室或医疗设施中穿行而无需接触表面。

计划还包括提高悬浮效率、增加负载稳定性，以及改进设计以使其适应不平坦的地形。

实现这些目标可能使其应用范围超越受控的实验室条件，进入主流工业用途。

该研究成果已发表在《Advanced Intelligent Systems》期刊上。

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