天富娱乐平台-天富在线登录测速网址【官网首页】

【天富娱乐官网登录】由形状记忆合金“ JellyRobcib”驱动的水下机器人,形状类似于水母

最近的生物启发技术的发展结合了智能和软材料的进步使得软机器人能够复制不同动物物种的行为。这些设备可以执行复杂的任务,比如到达或适应受限和非结构化的环境。本文提出一种方法,以水母的形态和行为为灵感,利用形状记忆合金弹簧作为驱动器(如生物肌肉),开发一种名为“JellyRobcib”的软体机器人。通过应用闭环模糊和视觉控制,这样的驱动器可以使水母垂直和横向移动。通过计算机辅助设计和计算流体动力学仿真验证了该软机器人模型的有效性。结果表明,机器人的动作非常接近真正的水母的形态行为关于曲线的位移,速度和加速度,后进行自主运动的几个实验:垂直上升,横向运动和轨迹跟踪,获得0.944±1479厘米的精度和可重复性的横向运动模糊的视觉控制。此外,研究人员在整个给定路径上进行了热测量,从而可以在水下环境中产生温度梯度,以便进行监测。

相关论文以题为“Soft Underwater Robot Actuated by Shape-Memory Alloys “JellyRobcib” for Path Tracking through Fuzzy Visual Control”于北京时间2020年10月14号发表在《Applied Sciences》上。


《【天富娱乐官网登录】由形状记忆合金“ JellyRobcib”驱动的水下机器人,形状类似于水母》

智能材料的最新发展使其作为执行器成为可能,因为它们具有杰出的特性。例如,形状记忆合金(SMA)的尺寸减小,缺乏机械元件,或者通过在毫秒内施加电流来产生运动,从而改变其机械性能(弹性模量、电阻)。在机器人技术领域,智能材料(主要是SMA)的应用使得能够模仿动物运动的软机器人得以实现。另一方面,传统的机械装置在小型化方面是复杂的,在水生环境中引入则是沉重的。这项工作的主要贡献是横向位移的发展在柔软的机器人由SMA材料驱动,以作为计算分析的起点,因为最具代表性的原型与SMA驱动只有垂直运动,之前没有详尽的分析,提出了机器人可以遵循一个定义轨迹。在机器人实施之前,研究人员使用计算流体动力学(CFD)进行了计算分析,身体变形和传热模拟,以验证从获取的数据执行的热图。这个项目整合了不同的学科来实现所追求的目标:视觉、控制、电子和机械系统。

柔软的水下仿生机器人

所有水下仿生机器人都有不同的驱动系统,可以归纳为三大类:可变长度肌腱、流体驱动和电活性聚合物(EAP)。第一类(可变长度肌腱)包括由传统肌腱和马达驱动的机器人和由形状记忆合金(SMA)驱动的机器人,这是本文研究的驱动类型。每一种驱动系统都各有优缺点。SMA具有简单、无噪声驱动、重量轻等优点。另一方面,这种材料也存在能量效率低、运动控制复杂、运行速度慢等缺点。EAP驱动器具有与SMA驱动器相似的优点,当原型非常小时,EAP驱动器可能是最佳选择之一。相比之下,射流驱动具有操作速度快、运动控制方便、产生力大等优点。主要缺点包括重量、尺寸和噪音。

发展的项目和驱动系统

由Kagawa大学开发的首批水母原型之一(图1a)使用导电离子聚合物膜(ICPF)作为驱动系统。它使用铰接机构产生收缩。下一个代表性的发展是由弗吉尼亚调查中心实现的,他们使用SMA创造了一种名为“Robojelly”的水母(2011年)。它有一个聚乙烯覆盖,灵感来自于Aurita Aurelia物种。当SMA被激活时,它与水发生反应,产生氢气,帮助置换。在同一直线上,实现了基于弹簧回缩机构的水母机器人(图1b)。它是由伺服马达控制,并有一个硅胶的身体,能够产生单侧收缩。在[21]中提出了另一种基于相同工作原理,但由产生膨胀来排出水的弹性体驱动的原型。在2018年的最新研究成果中,大西洋佛罗里达大学研制出了一种由空气微阀控制的水母,这种水母能够产生横向运动,将气流限制在8只触须中的4只(图1c)。在2019年,由于SMA的中心有一个SMA,这种水母能够垂直移动(图1d),被开发出来(图1d)。

《【天富娱乐官网登录】由形状记忆合金“ JellyRobcib”驱动的水下机器人,形状类似于水母》

图1.(a)产生收缩的钟形装置。(b)由弹簧收缩驱动的水母。(c)水母的动作是气动的。(d)水母只能使用形状记忆合金(SMA)做垂直运动。

SMAs执行器

SMAs被封装在硅胶层中,因此外部温度对SMAs状态的变化影响很小。温度监测与sma材料未来的研究,从晶体结构修改发生在奥氏体-马氏体,反之亦然,和另外两个变化:第一个发生弹性模量的变化,以及其他与电阻的改变值,值直接与温度的变化成正比。利用SMA,可以利用电阻的变化值来估算水温。SMA在失败前可以变形和加热1000万次。

在使用机械水母的优点作为一种监测的手段主要是推进的快速收缩,低体重和高度降低的成本实现相比,水下探索结构或招聘的潜水设备,与一个常数和可靠的监测。

麻省理工学院的科学家在商用硅基芯片制造厂生产了碳纳米管场效应晶体管

麻省理工学院,碳纳米管,场效应晶体管【天富平台app登陆】【天富娱乐线路检测登陆】

通过CFD和准解析建模得到的数据对比,得到的主要结果是二者之间存在差异,但趋势相同,如图2.示。在计算流体动力学中,由于忽略了涡环形成的粘性效应和附加变质量效应,抛射体积比解析模型大。类似的情况也发生在其他参数上,如雷诺数。

《【天富娱乐官网登录】由形状记忆合金“ JellyRobcib”驱动的水下机器人,形状类似于水母》

图2. 使用CFD和分析模型比较排出的体积。

实验结果如图3、图4所示为水母的运动学参数演化。其中,基于脉动,位移的修改,以及速度和加速度的峰值,为每种情况显示。

《【天富娱乐官网登录】由形状记忆合金“ JellyRobcib”驱动的水下机器人,形状类似于水母》

图3. 基于垂直位移的实验运动学参数。(A)显示3D行驶轨迹;(B)显示沿路径的水母位置;(C)显示x位置;(D)显示y位置; (E)对应于x速度;(F)显示y速度。


《【天富娱乐官网登录】由形状记忆合金“ JellyRobcib”驱动的水下机器人,形状类似于水母》

图4. 基于水平位移的实验运动学参数。(A)显示3D行驶轨迹;(B)显示沿路径的水母位置;(C)显示x位置;(D)显示y位置; (E)对应于x速度,红色矩形是给出的电脉冲;(F)显示y加速度。

结论

本文介绍软自治机器人的设计和实现SMA驱动,能够执行垂直和水平运动,沿着特定路径在水中,这个机器人是由视觉控制和模糊控制应用于热监控,将测量数据表示为热地图。利用MATLAB作为接口,可以进行温度数据采集、机器人定位、控制自主运动和生成热图,以及识别水母状态和监测其温度状态。

水母机器人不仅可以监测温度,还可以监测其他环境变量(Ph值、污染(浊度))。选择温度来证明它,是因为它易于管理,而且它是可逆的,不会污染水,因此有机会在不改变它的情况下重复实验。

论文链接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/20/7160

【天富网页登陆地址】【天富平台登陆地址】

一种降低基于磁记忆合金的离子传感器的干扰的方法

磁记忆合金,离子传感器,抗干扰

点赞