本發(fā)明涉及微型傳動(dòng)，具體為一種基于mems納米減速器與傳統(tǒng)諧波減速器鍵合集成的混合減速裝置，適用于微型機(jī)器人、精密醫(yī)療器械及航空航天等領(lǐng)域的高精度、高扭矩密度傳動(dòng)需求。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)諧波減速器依賴柔輪的彈性變形實(shí)現(xiàn)高減速比，但其體積較大且難以微型化；而mems減速器雖可通過納米加工實(shí)現(xiàn)微型化，但受限于材料強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，存在承載能力低、壽命短等問題。本發(fā)明通過異質(zhì)材料鍵合與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，提出一種高性能混合減速方案。

2、隨著微型機(jī)器人、精密醫(yī)療器械、航空航天設(shè)備及消費(fèi)電子等領(lǐng)域?qū)Ω呔葌鲃?dòng)系統(tǒng)的需求日益增長，傳統(tǒng)減速技術(shù)與微型化技術(shù)之間的矛盾愈發(fā)突出。傳動(dòng)系統(tǒng)的核心挑戰(zhàn)在于如何在實(shí)現(xiàn)微型化(尺寸<10mm3)的同時(shí)，兼顧高減速比(>100:1)、高扭矩密度(>5n·m/kg)和長壽命(>107次循環(huán))。然而，現(xiàn)有技術(shù)因材料、工藝和設(shè)計(jì)限制，難以滿足這些嚴(yán)苛要求。存在以下問題：

3、傳統(tǒng)減速技術(shù)的局限性/mems納米減速器：

4、硅基或氮化硅(si3n4)納米齒輪(模數(shù)0.05-0.1)可實(shí)現(xiàn)微型化(尺寸<1mm3)和高精度(齒形誤差<10nm)，但受限于材料脆性(硅斷裂韌性僅0.8mpa·m1/2)和低承載能力(扭矩密度<0.1n·m/kg)，無法滿足手術(shù)機(jī)器人關(guān)節(jié)(需求>0.5n·m)或工業(yè)協(xié)作機(jī)器人(需求>5n·m)等高負(fù)載場(chǎng)景。摩擦磨損嚴(yán)重(硅-硅摩擦系數(shù)>0.3)，且缺乏有效潤滑手段，導(dǎo)致壽命<106次循環(huán)。

5、傳統(tǒng)諧波減速器:依賴柔輪彈性變形實(shí)現(xiàn)高減速比(單級(jí)50-200:1)，但體積大(直徑>10mm)、重量高(>10g)，無法集成于微型設(shè)備(如內(nèi)窺鏡、微型衛(wèi)星驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))。金屬柔輪加工成本高(單件>500美元)，且高溫下熱膨脹系數(shù)(cte＝12×10-6/℃)導(dǎo)致齒隙漂移(溫升50℃時(shí)誤差>30％)。

6、異質(zhì)材料集成難題:硅基mems與金屬/陶瓷材料的鍵合界面因熱膨脹系數(shù)失配(硅cte＝2.6×10-6/℃，鋼cte＝12×10-6/℃)易產(chǎn)生應(yīng)力集中(溫差50℃時(shí)應(yīng)力>100mpa)，導(dǎo)致界面剝離或裂紋擴(kuò)展?，F(xiàn)有鍵合技術(shù)(如au-si共晶鍵合、sio2直接鍵合)強(qiáng)度低(<5mpa)，無法承受動(dòng)態(tài)交變載荷(如機(jī)器人高頻啟停場(chǎng)景)。

7、智能化與自適應(yīng)能力缺失:傳統(tǒng)控制依賴預(yù)設(shè)參數(shù)，無法實(shí)時(shí)補(bǔ)償環(huán)境擾動(dòng)(如溫度、負(fù)載突變)，導(dǎo)致傳動(dòng)精度下降(背隙>1μm)。缺乏健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)能力，易引發(fā)突發(fā)性失效(如航天機(jī)構(gòu)因疲勞斷裂失控)。

8、ai與學(xué)習(xí)框架的技術(shù)賦能需求/傳統(tǒng)控制算法的瓶頸

9、pid控制：依賴線性模型假設(shè)，難以處理非線性摩擦、齒隙遲滯等復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問題，動(dòng)態(tài)誤差>10％。

10、開環(huán)控制：無法感知負(fù)載變化(如手術(shù)機(jī)器人遇到組織阻力突變)，導(dǎo)致輸出扭矩波動(dòng)>20％。

11、ai協(xié)處理器的必要性

12、實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制：基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)(rl)的動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整，根據(jù)實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)(扭矩、溫度、振動(dòng))優(yōu)化驅(qū)動(dòng)頻率、相位補(bǔ)償和潤滑策略，將傳動(dòng)誤差降至±10nm。例如：在微型衛(wèi)星展開機(jī)構(gòu)中，ai可自主調(diào)整減速比以補(bǔ)償零重力環(huán)境下的負(fù)載波動(dòng)。

13、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合:集成壓阻傳感器(應(yīng)變檢測(cè))、紅外測(cè)溫(熱監(jiān)控)、光學(xué)編碼器(位移反饋)等多源數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)全生命周期狀態(tài)追蹤。

14、壽命預(yù)測(cè)與健康管理(phm):利用長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)(lstm)分析歷史負(fù)載譜，預(yù)測(cè)疲勞裂紋萌生時(shí)間(誤差<5％)，并觸發(fā)預(yù)防性維護(hù)，避免災(zāi)難性失效(如人工心臟泵停跳).

15、學(xué)習(xí)框架模塊的核心功能/聯(lián)邦學(xué)習(xí)與邊緣智能：在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的前提下，通過聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架共享多臺(tái)設(shè)備的局部模型(如潤滑策略優(yōu)化)，提升全局模型的泛化能力。邊緣端部署輕量化ai模型(如tinyml)，實(shí)現(xiàn)低延遲(<1ms)實(shí)時(shí)控制，云端進(jìn)行大規(guī)模訓(xùn)練與模型迭代。

16、倫理與安全設(shè)計(jì):數(shù)據(jù)匿名化處理：醫(yī)療機(jī)器人中的患者生理數(shù)據(jù)經(jīng)加密后僅用于局部模型優(yōu)化，杜絕隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)。

17、故障安全機(jī)制：ai協(xié)處理器內(nèi)置自毀指令(如扭矩過載時(shí)切斷電源)，確保系統(tǒng)失效時(shí)不會(huì)造成二次傷害。

18、mems技術(shù)結(jié)合ai的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力/材料-結(jié)構(gòu)-算法的協(xié)同設(shè)計(jì)異質(zhì)材料

19、梯度鍵合：通過sic/si3n4過渡層與等離子體活化鍵合技術(shù)，界面強(qiáng)度提升至>15mpa，熱應(yīng)力降低60％，解決硅-金屬鍵合失效問題。

20、智能潤滑與自修復(fù)：ald沉積二硫化鉬(mos2)納米潤滑膜(厚度2nm，摩擦系數(shù)<0.05)，結(jié)合ai動(dòng)態(tài)調(diào)控潤滑劑釋放(如溫度>80℃時(shí)激活微膠囊封裝的全氟聚醚)。

21、嵌入式傳感網(wǎng)絡(luò)：mems結(jié)構(gòu)內(nèi)集成多晶硅納米線壓阻傳感器(靈敏度>100μv/με)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)齒根應(yīng)力分布，數(shù)據(jù)經(jīng)ai協(xié)處理器分析后優(yōu)化驅(qū)動(dòng)策略。

22、技術(shù)責(zé)任感與社會(huì)價(jià)值/醫(yī)療領(lǐng)域:手術(shù)機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)需滿足生物相容性(如氮化硅涂層)、無菌環(huán)境可靠性(潤滑劑無毒性)，ai確保動(dòng)作精度(±10μm)以規(guī)避神經(jīng)血管誤傷風(fēng)險(xiǎn)。

23、航天領(lǐng)域:通過ai驅(qū)動(dòng)的熱-力耦合仿真，驗(yàn)證減速器在-150℃～200℃極端環(huán)境的可靠性，避免衛(wèi)星因材料脆化失效。

24、工業(yè)可持續(xù)發(fā)展:ai優(yōu)化能耗(傳動(dòng)效率>90％)，減少工業(yè)機(jī)器人碳排放；預(yù)測(cè)性維護(hù)降低設(shè)備停機(jī)率，助力綠色制造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、1、一種基于mems納米減速器，其特征在于，包括；

2、步驟s1、制備硅晶圓混合鍵合樣品和soi晶圓混合鍵合樣品；

3、步驟s2、分別對(duì)所述硅晶圓混合鍵合樣品和soi晶圓混合鍵合樣品進(jìn)行清洗與氧化處理；

4、步驟s3、將經(jīng)清洗與氧化處理后的所述硅晶圓混合鍵合樣品和soi晶圓混合鍵合樣品待鍵合進(jìn)行光刻膠涂覆，曝光與顯影；

5、步驟s4、在曝光與顯影的所述硅晶圓混合鍵合樣品和soi晶圓混合鍵合樣品進(jìn)行硬掩模制備，得到硅結(jié)構(gòu)刻蝕；

6、步驟s5、將所述的硅晶圓混合鍵合樣品和soi晶圓混合鍵合樣品得到硅結(jié)構(gòu)刻蝕進(jìn)行犧牲層釋放、表面功能化、多層結(jié)構(gòu)鍵合、驅(qū)動(dòng)集成得到混合鍵合樣品；

7、2、根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于mems納米和諧波減速器鍵合混合方法，其特征在于步驟s1到步驟s5中所得到混合鍵合樣品包括mems納米技術(shù)。

8、3、根據(jù)權(quán)利2所述的mems技術(shù)，其特征根據(jù)權(quán)利1所訴的硅晶圓混合鍵合樣品和soi晶圓混合鍵合樣品所述的微電子系統(tǒng)植入系統(tǒng)；

9、4、根據(jù)權(quán)利要求3微電子植入系統(tǒng)，其特征在于，所述權(quán)利1到權(quán)利3中mems技術(shù)基于ai(人工智能)協(xié)處理器。

10、5、根據(jù)權(quán)利4所述ai(人工智能)協(xié)處理器，所包括自主研發(fā)ai芯片、多復(fù)合型模塊進(jìn)行搭建集成。

11、6、一種諧波減速器鍵合混合減速裝置，其特征在于，包括

12、步驟1、將算力系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別計(jì)算驗(yàn)證數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)轉(zhuǎn)化進(jìn)行輸入輸出驗(yàn)證識(shí)別得出波形的高精度控制數(shù)字信號(hào)處理器，高精度控制數(shù)字信號(hào)處理器通過數(shù)據(jù)信息進(jìn)行識(shí)別計(jì)算得出波形的高精度控制系統(tǒng)。

13、步驟2、將所述的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行識(shí)別計(jì)算得出波形的高精度控制系統(tǒng)高精度控制系統(tǒng)，進(jìn)行可編程波形存儲(chǔ)；

14、步驟3、將所述的可編程波形存儲(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息編程識(shí)別計(jì)算得出智能波形生成與存儲(chǔ)系統(tǒng)；

15、步驟4、將所述的智能波形生成與存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)調(diào)整波形進(jìn)行調(diào)整計(jì)算識(shí)別數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息；

16、步驟5、將所述的調(diào)整后的計(jì)算識(shí)別數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息進(jìn)行ai算法進(jìn)行聚合、通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)和算法聚類進(jìn)行計(jì)算識(shí)別驗(yàn)證數(shù)據(jù)信息數(shù)字參數(shù)編程進(jìn)行學(xué)習(xí)與訓(xùn)練模塊；

17、步驟6、將所述的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練模塊進(jìn)行識(shí)別驗(yàn)證dsp系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)信息參數(shù)數(shù)字得出一份基于學(xué)習(xí)與訓(xùn)練模塊智能波形發(fā)生器；

18、步驟7、將所述的基于學(xué)習(xí)與訓(xùn)練模塊智能波形發(fā)生器進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練模塊，其特征在于步驟1到步驟6所述學(xué)習(xí)與訓(xùn)練模塊智能波形發(fā)生器進(jìn)行驗(yàn)證識(shí)別計(jì)算數(shù)據(jù)信息數(shù)字波形優(yōu)化、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、異常檢測(cè)、離線訓(xùn)練在線訓(xùn)練、端對(duì)端集成以及部署形成一種諧波減速器鍵合混合方法。