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粘腳的機器人可以向上,向下和向四周爬上去

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-06瀏覽次數:1652

噴氣發動機可以有多達25,000個零件,定期維護是一項繁瑣的任務,每個發動機可能需要一個多月。許多部件位于發動機內部深處,無需拆卸機器就無法檢查,增加了維護時間和成本。這個問題不僅限于噴氣發動機;許多復雜,昂貴的機器,如建筑設備,發電機和科學儀器,需要大量的時間和金錢來投資檢查和維護。

哈佛大學Wyss Bioinspired工程研究所和John A. Paulson工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員創造了一種微型機器人,其中包括電動膠墊,折紙腳踝和專門設計的步行步態。可以垂直爬升和倒置的導電表面,例如商用噴氣發動機的內壁。這項工作是在Science Robotics上報道的。

“現在這些機器人可以向三個方向探索,而不僅僅是在平坦的表面上來回移動。這是一個全新的世界,他們可以移動和參與,“第一作者SébastiendeRivaz說,他是前研究人員,現在在Apple的Wyss Institute和SEAS工作。 “總有一天,他們能夠對大型機器難以觸及的區域進行無創檢查,節省公司的時間和金錢,使這些機器更安全。”

這款名為HAMR-E(Harvard Ambulatory Micro-Robot with Electroadhesion)的新型機器人是為了應對勞斯萊斯對哈佛微機器人實驗室的挑戰而開發的,詢問是否有可能設計和建造一支軍隊。微型機器人可以爬上人類工作人員無法進入的噴氣發動機部件。現有的攀爬機器人可以處理垂直表面,但在嘗試扭轉它們時遇到問題,因為它們需要大量粘附以防止它們掉落。

基于其現有的基于HAMR的微型機器人HAMR-E,該團隊的四條腿可以在平坦的路面上行走并在水中游泳。雖然HAMR-E的基本設計類似于HAMR,但科學家必須解決許多挑戰,以便HAMR-E成功地粘附并穿過它在噴氣發動機中遇到的垂直,倒置和彎曲表面。

首先,他們需要創建一個粘性腳墊,即使在倒置時也能使機器人保持在表面上,并且還需要松開以允許機器人通過抬起和放置腳來“行走”。墊由聚酰亞胺絕緣銅電極組成,其能夠在墊和下面的導電表面之間產生靜電力。通過打開和關閉電場可以容易地釋放和重新接合腳墊,這類似于移動機器人腿所需的電壓,因此需要非常少的額外功率。電粘附墊腳產生5.56克的剪切力和6.20克的法向力 - 足以防止1.48克機器人從其爬升表面滑落或脫落。除了提供高附著力外,

科學家們還為HAMR-E創造了一種新的腳踝,它可以在三維空間中旋轉,以補償腿部移動時的旋轉,使其保持在攀爬表面的方向。關節由分層玻璃纖維和聚酰亞胺制成,并折疊成紙狀結構,允許所有腿的腳踝自由旋轉,并在HAMR-E爬升時被動地與地形對齊。

最后,研究人員為HAMR-E創建了一種特殊的步行模式,因為它需要三個腳墊才能始終接觸垂直或倒置的表面以防止其掉落或滑動。一只腳從表面釋放,向前擺動并重新附著,而剩下的三只腳保持附著在表面上。同時,腳在抬起的腳的對角線上施加少量扭矩,以防止機器人在腿的擺動階段期間遠離攀爬表面移動。對其他三個腿重復該過程以產生完整的步行周期并且與每只腳上的電場切換模式同步。

當在垂直和倒置表面上測試HAMR-E時,它可以連續地實現超過一百步而不分離。它以與倒置表面上的其他小型攀爬機器人相同的速度行進,并且比垂直表面上的其他攀爬機器人稍慢,但是比水平表面上的其他機器人快得多,使其成為各種表面的探索。適合環境的好人選。太空中的不同安排。它還可以在水平表面上旋轉180度。

HAMR-E也已成功地在噴氣發動機的彎曲倒置部分周圍進行操作,同時保持連接,并且其被動踝關節和粘性足墊可通過增加電粘附電壓來適應發動機表面的粗糙和不平坦特征。

該團隊正在繼續改進HAMR-E,并計劃在其腿部添加傳感器,以檢測和補償分離的腳墊,這有助于防止它從垂直或倒置的表面上掉落。 HAMR-E的有效載荷能力也大于其自身重量,開啟了攜帶電力和其他電子設備和傳感器以檢查各種環境的可能性。該團隊還在探索在非導電表面上使用HAMR-E的選擇。

“HAMR-E的這次迭代是第一個也是最有說服力的一步,表明這種方法可用于厘米級攀爬機器人,并且該機器人可用于探索任何類型的基礎設施,包括建筑物。該文章的作者羅伯特伍德博士說,他是Wyss研究所的創始核心教員,也是SEAS查爾斯河的工程和應用科學教授。

“盡管學術科學家非常善于在實驗室中提出基本問題,但有時候有必要與了解現實世界問題的工業科學家一起開發可以轉化為有用產品的創新技術。我們很高興能夠幫助推動Wyss研究所的這些合作,并看到突破性的進展,“Wyss創始主任Donald Ingber,醫學博士,博士,也是哈佛醫學院和波士頓兒童醫院項目血管生物學的Judah Folkman教授。血管生物學,SEAS生物工程學教授。

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