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受蜜蜂啟發的飛行機器人通過傾斜的翅膀獲得偏航控制能力

2023-06-03 05:49:15 來源: cnBeta


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飛行昆蟲的機器人版本在許多應用中具有很大的前景,但是在飛行中控制它們的偏航軸已經被證明具有挑戰性。然而,一個新的蜜蜂機器人通過一個巧妙的設計解決了這個問題。

什么是偏航軸?如果你想象一架飛機有一條垂直軸,上下貫穿其重心,偏航描述了其機頭相對于該軸的橫向運動。當你在辦公椅上來回扭動時,你是在椅子的偏航軸上旋轉。

在撲翼MAV(微型飛行器)上,沿著這個軸線的運動一直很難控制。因此,這些微小的無人機在整個飛行過程中通常只朝向一個方向。

不過,在以前研究的基礎上,Néstor O. Pérez-Arancibia教授和華盛頓州立大學的同事們創造了一個受蜜蜂啟發的機器人/無人機,可以"做扭轉"。

該設備被稱為"Bee++",它有四個由碳纖維和膠布制成的翅膀,每個翅膀都由一個單獨的執行裝置操作。為了改變MAV的俯仰(機頭向上或向下),前翼的扇動速度與后翼不同。而為了使它向一側或另一側滾動(同時仍面向正前方),左翼和右翼又會以不同的速度拍打。

通過增加左前翼和右后翼,或右前翼和左后翼的拍打速度來實現向左或向右偏航--增加的幅度從每秒100次到160次。重要的是,相對于機器人的身體,前翼在一個方向上傾斜,而后翼則在相反方向上傾斜。

研究報告的共同作者Ryan Bena告訴我們:"通過將兩個翅膀安裝在一個特定的角度,另外兩個翅膀安裝在相同的角度,但向相反的方向傾斜,當所有四個翅膀以相同的速度拍打時,力和扭矩抵消,凈扭矩為零。然而,當我們想產生一個偏航扭矩時,我們只需獨立地改變每個翅膀的拍打速度,使凈扭矩不再為零。"

希望類似Bee++的無人機最終能在狹小空間的搜救偵察、環境監測、甚至農作物的人工授粉等應用中找到用途。有關這項研究的論文最近發表在《電氣和電子工程師協會機器人學期刊》(IEEE Transactions on Robotics)上。

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