BionicFinWave:具有独特鳍推进功能的水下机器人

BionicFinWave

具有独特鳍推进功能的水下机器人

涡虫、墨鱼和非洲刀鱼有一个共同点:移动时,它们利用纵鳍产生连续波浪运动,沿其全身向前推进。借助这种起伏鳍运动,BionicFinWave 还可穿过由丙烯酸玻璃制成的管道系统。自主水下机器人可以通过无线电与外界通信,并将数据(例如记录的温度和压力传感器值)传输到平板电脑。

自然原型的纵鳍从头到尾分布,位于背部、腹部或身体两侧。随着鳍的波浪状运动,鱼将水向后推动,从而产生向前的推力。相反,动物也可以向后游泳,并根据波动模式提供升力、下压力甚至侧向推力。

柔性硅胶鳍,逼真的游泳动作

BionicFinWave 用其两个鳍片进行运动。它们完全由硅胶模制而成,不需要任何撑杆或其他支撑元件。所以它们非常灵活,并且能够以逼真的方式实现生物模型的流体波状运动。

左侧和右侧的两个鳍分别连接到九个小杠杆臂。这些杠杆臂又由位于水下机器人主体中的两个伺服电机驱动。两个接触的曲轴将力传递到杠杆,从而使两个鳍可以分别移动。与传统的螺旋桨驱动相比,它们能够生成特别适合于缓慢而精确的运动的不同波形,并在水中产生更少的涡流。

例如,要在曲线上游泳,外鳍比内鳍移动得快 — 与挖掘机的履带运动方式相当。BionicFinWave 头部的第三个伺服电机控制主体的弯曲,使其可以上下运动。每个杠杆段之间有一个万向节,以确保曲轴相应地柔性并且可以弯曲。为此,曲轴(包括接头和连杆)采用 3D 打印工艺由塑料一体成型制造。

各种组件之间的智能化相互作用

BionicFinWave 的其余主体元件也采用 3D 打印。它们带有空腔,可提供浮力。同时,整个控制和调节技术具有水密性; 它的各个组件相互匹配,并安全地安装在最狭小的空间中。除了带有处理器和无线电模块的电路板之外,主体的前部还装有压力传感器和超声波传感器。它们永久测量到墙的距离和水中的深度位置,从而避免与管道系统发生碰撞。

过程工业的新动力和新方法

借助这一仿生技术测试平台,我们的仿生学习网络再次传达了未来在液体介质中利用自主机器人和新的推进技术进行工作的方法。可以设想进一步开发诸如 BionicFinWave 之类的概念来执行检查、量测系列或数据收集等任务 — 例如在水和污水处理工程或过程工业的其他领域。此外,该项目中获得的知识可用于柔软机器人组件的生产过程。