利用超声波实现无碰撞游动

水下机器人 BionicFinWave 穿过管道系统

海豚和领航鲸能够在黑暗浑浊的水中找到前行之路,这是因为它们有天然的回声探测器。潜水艇同样利用超声波技术进行定位。超声波传感器可计算距离,甚至是到透明材料和水下的距离。BionicFinWave 集所有这些特性于一身。由于安装有超声波传感器,这款仿生水下机器人可顺利穿过由丙烯酸玻璃制成的管道系统,而不会发生任何碰撞。

超声波传感器向目标物体发射高频声波,随后目标物体会以回声形式反射声波。传感器接收这些信号,并通过计算回声返回的时间间隔计算距离。使用这种测量原理可以计算距离,并判断自身的位置。

通过鳍片起伏运动,水下机器人 BionicFinWave 可以利用这种技术穿过透明管道系统,而不会发生任何碰撞。其头部的五个超声波传感器和惯性传感器技术可持续测量与墙壁的距离和其在水中的实际方向。处理器分析这些数据,并用它们判断管道系统的转弯位置。它控制鳍片,使 BionicFinWave 尽可能在中心游动,而不会撞到管壁。

鳍片起伏运动

BionicFinWave 使用其两个侧鳍移动。它们会产生连续波,即所谓的鳍片起伏运动。野生海扁虫、乌贼和尖吻鲈都是以这种方式在水中游动的。随着鳍片的起伏运动,这些鱼将水推向身后,由此产生向前的推力。

灵活的硅胶鳍片

BionicFinWave 上的鳍片完全由硅胶制成,没有任何支柱或其他支撑元件。因此,其柔韧度极强,可以真实地再现其生物模型的流畅波形运动。左右两侧的两个鳍片分别固定在九个偏转角为 45° 的小型杠杆臂上。杠杆臂由位于水下机器人机体上的两个伺服电机驱动。两个相连的曲轴将动力传递至杠杆,使两个鳍片能够单独移动。因此,它们可以产生不同的波形。

例如,遇到转弯时,外部鳍片的移动速度要快于内部鳍片,与挖掘机的链条同理。BionicFinWave 头部的第三个伺服电机用于控制机体的弯曲,使其能够上下浮动。曲轴和接头均采用一体成型 3D 打印工艺制造,因此十分灵活和柔软。

Festo 水下机器人 BionicFinWave

BionicFinWave 安装有超声波传感器,因此可无碰撞地穿过管道系统。

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