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摆脱电线 太阳能驱动微机器人无束缚飞行
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内容来源:上海机场货运中心 发布时间:2019-07-08 08:47
摆脱电线 太阳能驱动微机器人无束缚飞行

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  在近日的 Nature 杂志上,由 Robert J. Wood 教授领导的哈佛大学微机器人实验室(Harvard’s Microrobotics Lab)展示了一个四翼版本的 RoboBee 平台,并成功实现无束缚飞行

  就外观而言,该飞行器有两大特色:一对额外的翅膀(四翼)顶部的太阳能电池幸运蛋蛋。它可以在短时间内不受束缚地飞行。

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  四翼飞行器 RoboBee 长 5 厘米,重 259 毫克。顶部是太阳能电池,底部是驱动电路,它可以把太阳能电池板的电压提高到 200 伏,这一工作电压可使翅膀振动频率达到 200 赫兹。现在的结构,可以避免太阳能电池板受到机翼气流的影响,同时又能让机器人的整体重心保持在机翼所在位置。该飞行器不需要任何控制,对于持续时间不到一秒的非常短的开环飞行,它可以足够稳定

  四翼 VS 两翼

  2013 年,Robert J. Wood 实验室的一些人,包括当时的博士后 Sawyer Buckminster Fuller,在 Science 幸运蛋蛋杂志上发表了一篇论文,介绍了一种基本上可控的蜜蜂机器人 RoboBee。第一代蜜蜂机器人设计得非常像蜜蜂,由两个蜜蜂翅膀大小的机翼驱动。起初,研究人员认为,蜜蜂可以用两只翅膀做很多事情,那么为什么机器人不能呢?

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  从那以后,又出现了好几代蜜蜂型机器人,后来事实证明,两机翼小飞行机器人之所以不能做蜜蜂所做的事情,原因有很多。至少就目前而言,偏航控制等问题就有些棘手,这也是为什么使用四个机翼而不是两个的原因之一。

  具体来说,研究人员发现很难控制两翼微型机器人的旋转或偏航。相较而言,四个翅膀使得控制三个轴的方向非常简单幸运蛋蛋。通过控制不同速度和振幅的翅膀振动,飞行机器人可以实现偏航、俯仰和翻转。当正常翅膀振动的频率保持在 160 赫兹左右。在一个方向上减小机翼振幅,然后在另一个方向增大振幅,这样可以保持频率不变,但实现偏航。

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  今年,在机器人领域顶级会议 ICRA 也有一些令人印象深刻的研究,它们表明用两个翅膀控制偏航也是可能的。但是,这么小的微型机器人,尤其是飞行机器人,还有一个问题是电池能量储存。飞行器需要大量的动力起飞,并在空中飞行,这意味着需要一个相对大的电池提供较长时间的电力,这会让飞行器更重。这就是四翼飞行机器人的另一个优势了,额外的翅膀意味着有更大的力量,可携带更多的东西。而且,有了更大的举升力,就有了携带控制单元的能力,也就有可能实现一只完全独立的飞行机器人。当然,它看起来可能会有点怪异。

  太阳能驱动 VS 激光驱动

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  新四翼 RoboBee 使用太阳能电池的原因是,飞行机器人无法举起为翅膀提供动力的电池,因此必须使用舷外动力。没有人想用导线来给飞行器供电,那就意味着要选择某种无线电源。华盛顿大学团队使用了激光,哈佛大学的新 RoboBee 使用了太阳能。

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