返回顶部
今日    | 手机版 | 资讯 | 产品 | 企业 | 热点 | 商道 | 原料 |
返回首页
返回首页
home 您现在的位置: 首页 >特种机器人 > 详细信息
昆虫如何激发机器人的灵感:现代社会依靠机器人技术来执行各种各样的功能,这些功能对于工业制造系统以及建筑
2020年10月21日    阅读量:2550     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

大多数机器人的主要局限性在于它们只能执行一项重复性任务,例如从箱中捡起一个物品并将其放置在传送带上或根据预设模式钻孔。


昆虫如何激发机器人的灵感:现代社会依靠机器人技术来执行各种各样的功能,这些功能对于工业制造系统以及建筑 中国机械网,okmao.com


认识到这种局限性,自适应机器人技术新兴领域的研究人员将注意力集中在如何使机器人更具适应性上,并使用机械工程原理来创建能够重新配置自身以执行多种不同功能的尖端设备。


例如,用于检查能源基础设施(如海上石油平台或风力涡轮机)的多用途无人机可以配备抓地力技术,使其能够在结构上栖息并在大风中进行更仔细的分析,还具有防水功能和推进技术,使它能够在海底下执行基础检查中国机械网okmao.com


那么,什么机械工程技术被用作这项工作的一部分呢?自适应机器人的主要当前和潜在应用是什么?在未来几年中,我们可以预期将机械工程系统用于自适应机器人技术的哪些创新和趋势?


重新配置


科罗拉多州立大学(CSU)是该领域最近最有趣的举措之一,一组研究人员创造了许多小型轻巧的机器人,这些机器人能够根据不同的用户需求进行自我配置。正如CSU自适应机器人实验室的助理教授赵建国博士所解释的那样,根据所采用的驱动力,他在这一领域的工作可分为三个主要类别。


首先是通过人工肌肉进行重新配置,这涉及到如何利用家用缝纫线制成的低成本人工肌肉来改变给定机器人形状的研究。这导致了一个链接的创建,该链接可以移动并保持为其他形状,而无需额外的能量输入。


第二类工作探讨了如何利用具有可变刚度的材料来重新配置给定机器人的功能,其中一部分是博士学位。学生Sunjiefeng构建了一个自适应步行机器人,该机器人可以实现多条腿部轨迹。

 

第三类研究如何使用新颖的被动机制使飞行机器人能够栖息在墙壁,电源线或天花板上,其中包括博士学位。学生张海杰(Haijie Zhang)开发了一种配备有柔顺和被动抓爪的机器人。


为了使这种自适应机器人成为可能,Zhao透露他已经采用了一系列最先进的机械工程技术,包括机械和机械设计,计算机辅助设计,增材制造(3D打印),运动学和动力学建模,有限元分析和机电一体化。一个示例是微型行走机器人,该团队使用多材料3-D打印技术创建了该机器人,该技术能够在单个零件中同时打印软性和刚性材料。


“在该机器人中,我们使用柔软的材料作为柔顺的旋转关节,而使用刚性的材料作为链接。在这种情况下,我们可以将机器人的身体和四个腿打印为单个零件而无需组装,”他说。


“此外,为了分析这种机器人的行为,我们建立了运动学和动态模型来预测腿部轨迹,并将其与实验结果进行比较。最后,我们使用了具有微控制器和无线通信功能的嵌入式系统来控制机器人。”


在Zhao看来,与大型和较重的机器人相比,这种小型机器人具有许多优势。例如,他们能够访问和导航大型机器人无法进入的狭窄或狭窄的环境。据他介绍,它们也可以使用增材制造以更低的成本进行制造。


尽管具有这些明显的优势,Zhao承认较小的机器人经常发现在许多环境中进行运动更具挑战性。为了解决这个问题,他说,最好为他们配备“多种运动能力”,例如步行,爬行,跳跃或飞行,并为每种功能使用专门的机制。


“但是,将几个具有独立执行机构的专用机构打包成小尺寸是一项挑战,而且传感,计算和控制也更加苛刻。在这种情况下,不是针对每个功能的专用机构,而是一种新颖的解决方案可以根据需要重新配置自己的自适应机器人。”他说。


点击甲虫


在其他地方,伊利诺伊大学的一组研究人员正在对点击甲虫的运动进行开创性的研究,以激发更多的敏捷和自适应机器人。作为这项工作的一部分,该团队在阿贡国家实验室的高级质子源上使用了同步加速器X射线,研究了昆虫的内部闩锁(或快速释放)机理,并展示了铰链形态和力学的结合如何促进昆虫的独特发育。点击机制。


正如伊利诺伊大学厄本那-香槟分校机械科学与工程系助理教授,生物启发式形态实验室负责人Aimy Wissa所解释的那样,这项研究是建立在探索exploring虫的无腿自直立跳跃机制的基础上的。作为此练习的一部分,该团队已构建了类似铰链的弹簧加载设备的原型,该原型将被集成到机器人中。


点击甲虫不是依靠它们的腿,而是在倒立状态下通过弯曲整个身体来跳跃。在这个阶段,被称为“身体弯曲”的昆虫在释放能量之前将能量释放出来,使其几乎垂直跳跃,这种动作还有助于使甲虫在掉落到倒立位置时自我恢复自身的状态。跳跃时,伊利诺伊州的团队得以开发出一种自主的自动扶正机器人,尤其着重于甲虫物种之间的缩放比例定律以及昆虫质量比对其跳跃的影响。


“很快,我们意识到click虫属于使用'功率放大'运动策略的一类生物体–它们使用弹性存储元件来存储能量并以比肌肉更快的速度释放能量。我对使用这种可能性产生了兴趣这样的驱动策略可以设计出更敏捷,可以从跌倒中恢复并且能够快速机动的小型机器人。”


通过使用高速相机拍摄甲虫,伊利诺伊州的团队发现,他们的跳跃可以分为三个阶段:跳跃前阶段,起飞阶段和空中阶段。作为跳前阶段的一部分,昆虫弯曲身体并通过摩擦保持位置,同时存储能量。在仍然与地面接触的同时,它在起飞阶段通过将其质心向上推动来开始释放能量。


在随后的空降阶段,它会向空中翻腾-追踪总体轨迹,该轨迹跟随弹道运动,因为各个车身单元围绕质心旋转。Wissa和她的团队还使用实时甲虫视频中的数据开发了起飞阶段和机载阶段的两个动态模型。


在起飞阶段,该生物还被模拟为在铰链点被致动的曲柄滑块机构,而拉格朗日动力学被用作初步的两个质量模型的一部分,以模拟由机器人观察到的旋转和平移运动。昆虫在空中传播。


Wissa说:“这些运动策略对于启发用于机器人和农业等应用的新驱动技术很有用。”


“随着机器人在我们的日常生活中无处不在,它们将需要适应任务。同一个平台将扮演不同的角色。例如,将需要相同的UAV(无人飞行器或无人驾驶飞机)运载有效载荷,避免障碍,停留更长的时间并执行多次演习。因此,适应性结构或可以使其形状和功能适应不同刺激物的结构在未来几年将变得越来越重要。”


多用途机器人


Zhao预测小型自适应机器人将具有许多有前途的应用,从“环境监视和军事监视,到灾难地区的搜救”。他还期望小尺寸能够实现低成本和经济的生产,从而为将其部署到特定的利基应用领域提供了可能,并“自动形成移动传感器网络并协同工作以完成给定任务”。


即便如此,Zhao强调,启用自适应机器人必须克服两个主要挑战。首先,需要加快重新配置过程,以实现他所说的“实时重新配置”。由于团队需要加热和冷却用于重新配置的组件,因此CSU机械手的重新配置过程通常需要花费几分钟的时间才能完成。这是一个问题,因为在某些应用中(例如,为飞行机器人变形的机翼),机翼需要实时更改其形状以应对各种空气动力学情况。


其次,赵说,研究人员“仍然需要为自适应机器人建立一个基础和理论框架……如果我们要完成几个所需的配置,我们应该如何正确设计机器人并指定重新配置策略?尚无明确答案。这样一个高层次的问题。”


为了解决第一个挑战,Zhao解释说,研究人员可以利用需要较少能量来改变刚度的新型材料,例如低熔点合金,该材料在较低温度下会从刚性状态变为软状态。为了解决第二个挑战,他透露学者可以开发理论框架来预测给定设计的所有可能的重新配置,然后“利用计算仿真综合设计以实现所需的配置”。


“展望未来,我认为我们将在未来几年内完成具有各种功能的自适应机器人,例如行走,飞行,游泳或爬山。这可以通过利用多种数字材料来实现。由3-D打印提供的用于自适应机器人的制造以及各种机电一体化部件(例如传感器,致动器和微控制器)的小型化,以及采用异质材料的机械系统的高保真度仿真,尤其是软机器人用柔软的材料制成。”


标签:行业资讯今日头条产品资讯机械应用技术中心机器人特种机器人配件与装备
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与本网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571

全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识