BionicTurtleWalker

灵感源于乌龟的行走机器人

乌龟是一种古老的生物,其起源可以追溯到史前时期,从古至今,它们都是通过爬行在陆地上移动。 作为受乌龟启发而诞生的行走机器人,BionicTurtleWalker 同样以爬行作为移动方式。 这款机器人采用 3D 打印技术,通体由一种材料制造而成。由于使用气动逻辑模块,因此不需要任何电子元件、电池和齿轮。

乌龟在陆地上以对角步态方式向前移动。 BionicTurtleWalker 与之类似,充入压缩空气后,同时下压呈对角线分布的腿,达到向前移动的目的——与其来自自然界的原型相似。 BionicTurtleWalker 的核心部件是一个气动逻辑模块,由来自弗莱堡大学的卓越团队“生态、自适应和能量自给材料系统 (livMatS)”开发。

气动逻辑模块

仿生龟机器人的这个“控制中心”负责完成气动系统中通常由阀和电气控制系统执行的任务。 它不但能精确控制四条支腿的运动,而且只需通过一根气管连接外部就能供应压缩空气。

与传统系统相比,气动逻辑模块具有多项优势。 它由两个阀室构成,可以进行布尔运算。

此外,设计结构决定了气动逻辑模块可以直接使用柔性材料进行增材制造,并在低气动压力下运行,从而显著降低生产成本、系统复杂性和运行成本。

弗莱堡大学 livMatS 卓越团队 Falk Tauber 博士


“气动逻辑控制为高度灵活的软体机器人开辟出全新的应用领域,在这些领域中,传统电控系统再无用武之地。”

弗莱堡大学 livMatS 卓越团队 Falk Tauber 博士

弹性而坚固的材料

从龟甲到气动逻辑模块,再到支腿,BionicTurtleWalker 的所有部件都由热塑性聚氨酯 (TPU) 材料经 3D 打印制造而成。 这种材料集橡胶与塑料特性于一身, 既灵活多变,又坚固耐用。 因此,逻辑模块的最大表面负载能力高达 900 kg。

这一特性确保逻辑模块在变形后可以恢复原状。 在循环经济方面,热塑性聚氨酯亦表现优异,因为可以熔化后重新利用。

前景与潜力

由 TPU 材料制成的气动技术逻辑模块也适用于人与机器人直接协同工作的应用等。 通过将多个模块组合在一起,可以为具有任意自由度的气动软体机器人制造气动控制元件。

如此一来,就可在诸多应用领域大展身手。 比如,只用一个模块就能控制气动抓手开合。 如果应用较为复杂,可以将多个模块组合起来,作为一个块件进行生产,或者直接集成到软体机器人内。

Sebastian Schrof,Festo 仿生项目


“将压缩空气与柔性材料配合使用,目前大有可为。 这种组合方式可能赋予机器人更多生命力。”

Sebastian Schrof,Festo 仿生学团队设计师

“智控奇机”的组成部分

BionicTurtleWalker 是 Festo 100 年庆典活动中百年纪念展览主题“智控奇机”的一部分。 它根据鲁布·戈德堡机械原理工作,用一个脉冲触发下一个脉冲。 “智控奇机”展览旨在展示自动技术从古至今的发展历程,展现 Festo 多元化的技术实力与全面的专业能力。