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气动机器人不需要电子设备

工程师们创造了一个不需要任何电子设备就能工作的四足软机器人。机器人的所有功能(包括其控制和运动系统)只需要一个恒定的加压空气源。应用包括可以在电子设备无法运行的环境中运行的机器人,例如 MRI 机器或矿井。软机器人特别受关注,因为它们很容易适应环境并在人类附近安全运行。

大多数软机器人由加压空气提供动力,并由电子电路控制。但这种方法需要复杂的组件,如电路板、阀门和泵,通常在机器人身体之外。这些构成机器人大脑和神经系统的组件通常体积庞大且价格昂贵。相比之下,新机器人由轻型、低成本的气动回路系统控制,该系统由机器人本身的管道和软阀组成。机器人可以根据指令行走,也可以响应从环境中感知到的信号。

阅读与研究人员的问答

UCSD 工程师 Dylan Drotman 告诉 技术简介 这种类型的机器人可以在哪里使用,以及它如何可能做的不仅仅是走路。

机器人的计算能力大致模仿了哺乳动物的反射,这些反射是由脊柱而不是大脑的神经反应驱动的。该团队的灵感来自于动物中发现的称为中央模式发生器的神经回路,它由非常简单的元素组成,可以产生有节奏的模式来控制行走和跑步等运动。为了模仿发电机的功能,该团队构建了一个阀门系统,充当振荡器,控制加压空气进入机器人四肢气动肌肉的顺序。研究人员构建了一个组件,通过延迟将空气注入机器人腿部来协调机器人的步态。机器人的步态灵感来自侧颈龟。

该机器人还配备了简单的机械传感器——充满液体的小软气泡放置在从机器人身体伸出的吊杆末端。当气泡被压下时,流体会翻转机器人中的阀门,使其反向。该机器人配备了三个阀门作为逆变器,使高压状态在气动电路周围传播,每个逆变器都有延迟。

机器人的四条腿中的每一条都有由三块肌肉驱动的三个自由度。支腿向下倾斜 45 度,由三个平行连接的带有波纹管的圆柱形气室组成。当腔室加压时,肢体向相反方向弯曲。结果,每个肢体的三个腔室提供行走所需的多轴弯曲。研究人员将每条腿的腔室相互对角配对,简化了控制问题。

软阀在逆时针和顺时针之间切换肢体的旋转方向。该阀门充当所谓的闭锁双刀双掷开关 - 具有两个输入和四个输出的开关,因此每个输入都有两个相应的输出连接。这种机制有点像取两条神经并交换它们在大脑中的连接。

研究人员希望改善机器人的步态,使其能够在自然地形和不平坦的表面上行走,使其能够越过各种障碍物。这将需要更复杂的传感器网络和更复杂的气动系统。该团队还将研究如何使用该技术来制造机器人,这些机器人部分由气动电路控制,以实现一些功能,例如行走,而传统的电子电路处理更高的功能。


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