最新新型靈活可變型折紙機器人誕生
發(fā)布時間 : 2020-04-14
? ? ? ? 多結(jié)構(gòu),多種類的新型機器人層出不窮,近期賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員受折紙藝術(shù)啟發(fā),創(chuàng)造出一種靈活的“軟”彈簧折紙機器人,該機器人的名字叫REBO,通過折紙波紋管圖案的幾何設(shè)計實現(xiàn)了彈性軸向順應(yīng)性,從而降低材料重量并減少能量損失。
? ? ? ?研究團隊設(shè)計了波紋管的折疊圖案,按照圖案折疊可產(chǎn)生類似于彈簧的結(jié)構(gòu)。β是折疊后每層的側(cè)面和底面之間的錐角,通過設(shè)計和更改錐角的大小,可以控制REBO致動器的剛度。
? ? ? ? 在一定范圍內(nèi),錐角越大,致動器的剛度越強。當(dāng)錐角為45°時,致動器的剛度最大為750Nm-1。在此基礎(chǔ)上,研究團隊進行了雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計,透明外層按照相同圖案折疊以將其包圍,經(jīng)過壓縮測試后證明,具有雙層結(jié)構(gòu)的致動器的剛度是單層的兩倍。
REBO的機器人平臺由四部分組成:(a)三個雙層REBO致動器 (b)直流電機模塊和3D打印的滑輪系統(tǒng)(c)力傳感器系統(tǒng) (d)集成感測和控制的微處理器。三個REBO致動器被安裝在頂部和底部的丙烯酸板之間并固定。鋼筋束穿過致動器的結(jié)構(gòu)通孔,一端固定在頂板上,另一端固定在安裝在電動機上的皮帶輪上。旋轉(zhuǎn)電動機使致動器壓縮或伸長,致動器線性運動的速度限制由電動機確定。將力傳感器放置在頂板(球拍)上,以檢測小球何時與頂板接觸。
? ? ? ? REBO正在“雜?!钡男∏虮幌拗圃谇蚺纳系墓艿纼?nèi),只能進行垂直運動。為了使小球被彈的更高,在每次擊打后,REBO會迅速回到預(yù)壓縮位置,等待下一次的擊打。這是因為在動力學(xué)中,每次擊打小球后放松的球拍都會大大降低球的總能量,因此必須將額外的能量預(yù)加載到等待的彈簧REBO中,以便在每次擊打時進行保持擊球所需的功。
? ? ? ?輕巧的可變形REBO結(jié)構(gòu)具有可控制剛度的彈性,在數(shù)千次擊球的過程中反復(fù)進行疲勞損失極少,這證明了高度可重復(fù)的漸近循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外,由于REBO的剛度僅通過改變幾何參數(shù)就可以改變一個數(shù)量級,因此盡管在所有不同的設(shè)計中都依賴單一的整體材料,也可以調(diào)整機械輸出功率以適應(yīng)各種應(yīng)用。
? ? ? ? 研究團隊將REBO的雜耍過程分為“飛行”和“命中”。在“飛行”模式下,發(fā)射的小球可以看作是無損失的衡重力狀態(tài)。球發(fā)射后,REBO迅速重置回到其預(yù)壓縮位置。當(dāng)小球觸發(fā)了球拍上的力傳感器,系統(tǒng)進入“擊打”模式時,球沿著壓縮彈簧REBO,整個系統(tǒng)可以看作是彈簧上的質(zhì)量。REBO的彈性能量傳遞給了球,當(dāng)REBO的長度不再壓縮時,“擊打”模式結(jié)束,然后力傳感器報告球已抬起,電機重新接合了肌腱,系統(tǒng)重新進入了“飛行”模式。REBO預(yù)壓縮的位置越低,它存儲的能量就越大,“擊打”模式下更大的預(yù)壓縮力可將更多的能量注入到球中,可以使小球彈得更高。除了擊打小球外,REBO還可以倒置過來,搖身一變成為彈跳機器人。