擺脫電線 太陽能驅動微機器人無束縛飛行-亞美尼亞的空運
| 作者：飛時達北京國際快遞公司 | 2021-10-04 閱讀數：702 |
圖：西雅圖華盛頓大學的一個小組展示了一個兩翼機器人
在近日的 Nature 雜志上，由 Robert J. Wood 教授領導的哈佛大學微機器人實驗室（Harvard’s Microrobotics Lab）展示了一個四翼版本的 RoboBee 平臺，并成功實現無束縛飛行。
就外觀而言，該飛行器有兩大特色：一對額外的翅膀（四翼）和頂部的太陽能電池。它可以在短時間內不受束縛地飛行。
圖：四翼飛行器 RoboBee（來源：哈佛微型機器人實驗室）
四翼飛行器 RoboBee 長 5 厘米，重 259 毫克。頂部是太陽能電池，底部是驅動電路，它可以把太陽能電池板的電壓提高到 200 伏，這一工作電壓可使翅膀振動頻率達到 200 赫茲。現在的結構，可以避免太陽能電池板受到機翼氣流的影響，同時又能讓機器人的整體重心保持在機翼所在位置。該飛行器不需要任何控制，對于持續時間不到一秒的非常短的開環飛行，它可以足夠穩定。
四翼 VS 兩翼
2013 年，Robert J. Wood 實驗室的一些人，包括當時的博士后 Sawyer Buckminster Fuller，在 Science 雜志上發表了一篇論文，介紹了一種基本上可控的蜜蜂機器人 RoboBee。第一代蜜蜂機器人設計得非常像蜜蜂，由兩個蜜蜂翅膀大小的機翼驅動。起初，研究人員認為，蜜蜂可以用兩只翅膀做很多事情，那么為什么機器人不能呢？
圖：哈佛大學初代 RoboBee（來源：哈佛微型機器人實驗室）
從那以后，又出現了好幾代蜜蜂型機器人，后來事實證明，兩機翼小飛行機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，偏航控制等問題就有些棘手，這也是為什么使用四個機翼而不是兩個的原因之一。
具體來說，研究人員發現很難控制兩翼微型機器人的旋轉或偏航。相較而言，四個翅膀使得控制三個軸的方向非常簡單。通過控制不同速度和振幅的翅膀振動，飛行機器人可以實現偏航、俯仰和翻轉。當正常翅膀振動的頻率保持在 160 赫茲左右。在一個方向上減小機翼振幅，然后在另一個方向增大振幅，這樣可以保持頻率不變，但實現偏航。
（來源：華盛頓大學）
在四翼機器人的設計中，橫（x）軸和縱（y）軸轉向是通過改變相對機翼的振幅來實現的；驅動豎（z）軸（“轉向”）是通過改變相對于另一個方向的速度來實現的。壓力中心的近似位置用左上角的一個點表示；它到機器人質心的距離由 rcp 給出，箭頭表示四個翅膀每一個的近似振幅值。
今年，在機器人領域頂級會議 ICRA 也有一些令人印象深刻的研究，它們表明用兩個翅膀控制偏航也是可能的。但是，這么小的微型機器人，尤其是飛行機器人，還有一個問題是電池能量儲存。飛行器需要大量的動力起飛，并在空中飛行，這意味著需要一個相對大的電池提供較長時間的電力，這會讓飛行器更重。這就是四翼飛行機器人的另一個優勢了，額外的翅膀意味著有更大的力量，可攜帶更多的東西。而且，有了更大的舉升力，就有了攜帶控制單元的能力，也就有可能實現一只完全獨立的飛行機器人。當然，它看起來可能會有點怪異。
太陽能驅動 VS 激光驅動
需要指出的是，這并不是我們所見過的第一個能自主飛行的有翼飛行機器人。去年在 ICRA，西雅圖華盛頓大學的一個小組展示了一個兩翼機器人，當激光對準它的光感電池時，它就能起飛。
2018 年，在澳大利亞布里斯班舉行的IEEE機器人與自動化國際會議上，來自華盛頓大學的機器人專家展示了兩翼機器人 RoboFly，這是一個昆蟲大小的激光驅動撲翼機器人，它進行了第一次(非常短暫的)不受約束的飛行。
（來源：華盛頓大學）
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