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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

发布时间:2022-09-20 23:10人气:186

  在物理世界,微波是指频率在 300MHz-300GHz 之间的电磁波,它具有易于会聚成束、高度定向性以及直线传扬的性情。微波的最紧要应用是军事和家产界限的雷达和通信,在生物、医学等领域的推敲和开展也越来越受到崇敬。往常生计中到处可见微波的运用,例如微波炉、生物杀菌等。

  src=收获于其困苦物透射率、快速能量瞄准以及拣选性加热等优点,微波也成为了一种很有前道的无线驱动兵法。虽然已经呈现了少少基于差别机关的微波驱动听造肌肉推敲,但微波控制的推敲缺失限度了微波驱动(microwave-driven, MWD)呆板人的开展。

  本日,哈工大威海校区呆板人研究所软体呆板人实验室初度资历调度 2.47 GHz 微波的偏振方不绝调养能量分散,进而控制 MWD 远场并联机械人。该并联机械人基于三个由吸波片和双金属片组成的双层阻碍致动器,它不妨在 700W 发射功率下杀青 0.4m 的圆形和三角形门径行动。

  研究者还查究了双层阻碍致动器在微波下的热反映速率,发觉电场分量在致动器的最佳长度下不妨需要比磁场分量更速的热反应。

  并联呆板人的事业是在一个由微波明后质地组成的封关空间中演示的,下图为它的圆形和三角形路路活动轨迹。

  src=思量者还提出了一种基于现象追念合金(shape memory alloys, SMA)弹簧和导线的伸缩致动器,并基于该致动器想象了一个四足蒲伏机械人。四足膝行机械人长约 15 毫米,浸仅 0.42 克,是且则最轻的射频驱动机器人。

  src=想考者出现了利用微波竣工呆板人的多自由度可控性,为一些工程案例供给了潜在的操持预备,如反应堆 / 管道检验和保养利用等。

  该呆板人的积极臂由吸波材料和双金属片 ( 5J20110 ) 制成的打击致动器构成。吸波质料能够吸收外部电磁能量,并当作双金属片的体积热源。为了添补双金属片对微波的反射,双金属片的形式被制成梯形,其面积为吸波原料面积的 50%。阅历串同这两种材料,告竣了微波驱动的致动器,其具有原料易得,创办工艺容易,成本低等特点。

  为了使转折致动器有充满的反响速度,全部人想考了吸波片的最佳长度,发方今 0.4 m 外 700 W 的辐射功率下,吸波片可以在 10 s 内升至 80 ℃。在并联呆板人上,三个隔断为 120 ° 的打击致动器对分别极化倾向的微波具有差异的继承成绩。通过更换微波的偏振倾向,可能调理各个弯曲致动器的反映。

  其它,为了展示微波驱动呆板人在小型化、轻量化、柔性举动和群体驱动方面的潜力,该想量还想象了基于可伸缩致动器呆板人,导线作为微波承受器,SMA 弹簧算作致动器。SMA 弹簧弹性范围大,在相变温度下也能够答复原型。与 SMA 导线% ) 比较,SMA 弹簧具有更大的线性行径才智 ( 收缩率约为 40% ) 。

  为了揭示微波的多对象驱动才略,该研究想象了一个花状机器人,它包蕴四个可伸缩致动器,不妨模仿花的行径(图 6A)。花状机械人的组织和举动原理如图 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 弹簧纠关在硅胶垫片上,硅胶垫片附着在 PET 片上。该设想或许胁制 SMA 弹簧对 PET 板材的烧损。导线被联关到 SMA 弹簧的底部,并像雄蕊类似始末聚乳酸 ( PLA ) 孔向上扩大。

  下图透露了花状机器人的吐花始末,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,并体验柔性咨询折叠 PET 片,四个花瓣简直同时着花。

  src=当微波中断映射时,SMA 弹簧慢慢冷却,随之花瓣上的拉力铲除,导致完全花瓣在 PET 片材的复兴力下关合。

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