首创!哈工大直接用微波驱控多自由度机器人,登上国际顶刊
机器之心报道
编辑:杜伟、陈萍
这是微波应用场景在机器人领域的创新性延伸。
在物理世界,微波是指频率在 300MHz-300GHz 之间的电磁波,它具有易于集聚成束、高度定向性以及直线传播的特性。微波的最重要应用是军事和工业领域的雷达和通信,在生物、医学等领域的研究和发展也越来越受到重视。日常生活中随处可见微波的应用,比如微波炉、生物杀菌等。
得益于其障碍物透射率、快速能量瞄准以及选择性加热等优点,微波也成为了一种很有前途的无线驱动策略。虽然已经出现了一些基于不同结构的微波驱动人造肌肉研究,但微波控制的研究缺失限制了微波驱动(microwave-driven, MWD)机器人的发展。
近日,哈工大威海校区机器人研究所软体机器人实验室首次通过改变 2.47 GHz微波的偏振方向来调整能量分布,进而控制MWD远场并联机器人。该并联机器人基于三个由吸波片和双金属片组成的双层弯曲致动器,它可以在700W发射功率下实现0.4m的圆形和三角形路径运动。
研究者还探究了双层弯曲致动器在微波下的热响应速率,发现电场分量在致动器的最佳长度下可以提供比磁场分量更快的热响应。
相关研究《Multi-Degree-of-Freedom Robots Powered and Controlled by Microwaves》在国际顶级期刊Advanced Science上发表。论文第一作者为博士生李永泽,共同通讯作者为邢志广博士和赵建文教授。
论文地址:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202203305
并联机器人的工作是在一个由微波透明材料组成的封闭空间中演示的,下图为它的圆形和三角形路径运动轨迹。
圆形路径运动的动态示意图如下所示:
三角形路径运动的动态示意图如下所示:
研究者还提出了一种基于形状记忆合金(shape memory alloys, SMA)弹簧和导线的伸缩致动器,并基于该致动器设计了一个四足爬行机器人。四足爬行机器人长约15毫米,重仅 0.42克,是目前最轻的射频驱动机器人。
研究者展示了使用微波实现机器人的多自由度可控性,为一些工程案例提供了潜在的解决方案,如反应堆/管道检查和医疗应用等。
研究概览
该机器人的主动臂由吸波材料和双金属片(5J20110)制成的弯曲致动器构成。吸波材料可以吸收外部电磁能量,并作为双金属片的体积热源。为了减少双金属片对微波的反射,双金属片的形状被制成梯形,其面积为吸波材料面积的50%。通过结合这两种材料,实现了微波驱动的致动器,其具有材料易得,制造工艺简单,成本低等特点。
微波驱动机器人有两种不同的运动形式。
为了使弯曲致动器有足够的响应速度,他们研究了吸波片的最佳长度,发现在 0.4 m 外 700 W 的辐射功率下,吸波片可以在 10 s 内升至 80 ℃。在并联机器人上,三个间隔为120°的弯曲致动器对不同极化方向的微波具有不同的接收效率。通过改变微波的偏振方向,可以调节各个弯曲致动器的响应。
此外,为了展示微波驱动机器人在小型化、轻量化、柔性运动和群体驱动方面的潜力,该研究还设计了基于可伸缩致动器机器人,导线作为微波接收器,SMA弹簧作为致动器。SMA弹簧弹性范围大,在相变温度下也可以恢复原型。与SMA导线(收缩率约为3-5%)相比,SMA弹簧具有更大的线性运动能力(收缩率约为40%)。
为了展示微波的多目标驱动能力,该研究设计了一个花状机器人,它包含四个可伸缩致动器,可以模拟花的运动(图6A)。花状机器人的结构和运动原理如图6A(右)所示。这四个花瓣是由PET片材(PET sheet)和粉色硬纸板制成。SMA弹簧连接在硅胶垫片上,硅胶垫片附着在PET片上。该设计可以防止SMA弹簧对PET板材的烧损。导线被连接到SMA弹簧的底部,并像雄蕊一样通过聚乳酸 (PLA) 孔向上伸展。
图6
下图显示了花状机器人的开花过程,当微波辐射到花朵上时,导线将微波能量转化为电能,加热SMA弹簧,并通过柔性接头折叠PET片,四个花瓣几乎同时开花。
当微波停止照射时,SMA 弹簧逐渐冷却,随之花瓣上的拉力消除,导致所有花瓣在 PET 片材的恢复力下闭合。
总之,该研究表明,与磁力驱动一样,微波驱动也具有群体驱动能力。
参考链接:https://mp.weixin.qq.com/s/3Zecp-cvrzZF_uMxgxGLGQhttps://baike.baidu.com/item/%E5%BE%AE%E6%B3%A2/182739
不在保险销售地区,应该如何购买保险?有哪些需要注意的问题?看上了就买,不用顾虑太多,现在的保险理赔大部分实现了线上理赔,再不济可以将理赔资料邮寄到保险公司,办理理赔。由于各个地区经济发展不均衡,保险公司开设机构也可能会有一些侧重点,但是并
地标广州,拥有1800万家庭资产可以退休吗?回答是肯定的。如果要问为什么?告诉你真像1000个己退休人员中,999个没有1800W资产,但他们己退休啦。能不能办理退休领取基本养老金与个人拥有多少家产没有任何关系。按照社会保险
我想招一批水电安装工,请问网上招人该注意什么事项?水电工是一个技术岗位,既要做到优质高效又要确保安全,招聘时要明确以下事项1招聘人员年龄,一般选择年轻力壮技术熟练办事稳妥的,2水电工要求持证上岗,必须要求有从业资格证,安检局审验合
理性讨论,颜骏凌现在的表现和心态,你觉得国足门将该不该换人?上海海港在中超和足协杯两个层面都输给了山东泰山,门将颜骏凌就成了罪魁祸首。从表面上来看的确是如此,实际上很难苟同。上海海港输给了山东泰山,从根本上来说是实力不济,阵容不整。一支球队
手机屏幕好坏除了看分辨率,还有哪些值得参考的?文小伊评科技评价一块手机屏幕好坏的参数非常多,色准,色域,灰阶,同屏平均亮度,最高亮度,色彩偏移,刷新率,分辨率,DPI,像素排列等等有一大堆数据可以进行佐证,有兴趣的小伙伴可以去
在大会上,如何介绍领导?至少领导应该遵循以下几个原则第一高到低介绍给领导的职位越高,先介绍职位越低,然后再介绍,比如出去今天的活动的两位领导是某某公司董事长兼总经理,张三副总经理第四第二要,先主后次,给领
家里的小孩突然发烧,我能不能去跟朋友聚会呢?都这个时候了,还问这话?小孩发烧了,刚好有聚会,实在对孩子的退热有强大的作用。因为你去聚会后,孩子知道你不靠谱,从此知道只有靠自己,会让他早早明白自立的重要性。在孩子发烧时对你的离
你们家乡的酒席最后一道菜是什么?我是农村长大的,喜欢家乡的宴席,实惠分量足花样多,都是原汁原味的家乡菜,凡是吃过我家乡宴席的人都是赞不绝口,确实弥久留香,经常有城里人打包带回家吃,确实难忘家乡的味道。农村宴席非常
新疆博物馆有何特色?新疆维吾尔自治区博物馆在新疆乌鲁木齐市西北路。是一座有鲜明的维吾尔族传统特色的建筑。绿色圆穹形门厅高18米,门厅正面内壁穹顶遍饰纯白色石膏花饰。陈列面积7。000多平方米。历史文物
你吃过的最好吃的饺子是什么馅的?你是怎么煮饺子的?最好吃的饺子是自家包的茴香猪肉馅的皮薄馅多,拌馅的时候放上点花椒油,咬一口油油,煮出来的饺子,白白的皮透着绿绿的菜,一个没有咽肚,马上就想挟第二个,美美的吃上一顿水饺,满足感很强。
家乡的美食都有哪些是你一辈子都忘不了的?油汤饭,今天还在喝。我的家乡在太行山南部山区,山上长有千年的古树。有一种木料树,结的木料子,也叫油子,含油量可达百分之三十,是一种天然的绿色食品,生熟都好吃。木了姓张,越吃越香,核