En ny robotmanet, der er i stand til at udføre 3D-fremdrift og manøvrer

Som inspirationskilde, vanddyr som fisk, hvaler, og vandmænd kunne inspirere til innovative designs til at forbedre den måde, menneskeskabte systemer fungerer på og interagerer med vandmiljøer. Vandmænd i naturen driver sig gennem deres omgivelser ved radialt at ekspandere og sammentrække deres klokkeformede kroppe for at skubbe vand bag dem, som kaldes jetfremdrivning.

I modsætning til den herskende opfattelse, at vandmænd beskrives som ineffektive svømmere, maneter har vist sig at være en af ​​de mest energisk effektive svømmere. Det er, det har vist sig, at maneter-lignende svømning vil have en bemærkelsesværdig fremdriftsfordel, hvis der kræves lavenergi-fremdrift. Derfor, vandmændenes bevægelser har tiltrukket betydelig interesse i løbet af det sidste årti i forbindelse med bioinspirerede undervandsbiler.

For nylig, forskere fra Institute of Automation, Det kinesiske videnskabsakademi i Beijing, Kina har med succes udviklet en ny robot-vandmand, der er i stand til at udføre tredimensionelle maneter-lignende fremdrift og manøvrer baseret på en læringsbaseret metode til forstærkning.

Ved at kombinere de seneste fremskridt inden for mekatronisk design, materialer, elektronik, og kontrolmetoder, forskere gør en integreret indsats for at udvikle smarte aktuatorer til at fremstille forskellige robotmaneter. Generelt, sådanne robotmaneter er ofte bundet og meget langsommere i hastighed i sammenligning med den slags, der aktiveres af konventionelle elmotorer. De fleste eksisterende robotmaneter kan ikke frit justere deres tre-aksede holdning, som har en negativ effekt på frisvømmende fremdrift og sandsynlige anvendelser.

For at løse dette problem, forskergruppen ledet af prof. Junzhi Yu fra Institute of Automation, Det Kinesiske Videnskabsakademi, har undersøgt, hvordan et bioinspireret motordrevet maneterlignende robotsystem, der er i stand til 3D-bevægelse, er designet og kontrolleret.

De designede robotmaneter er modelleret efter Aurelia aurita (almindeligvis betegnet månemaneter), som har en relativt stor forskydning og er særligt velegnet til brug med stor lastkapacitet. Den er cirka 138 mm høj og vejer cirka 8,2 kg. Som illustreret i figur 1, robotmaneterne er halvkugleformede og består af et klokkeformet stift hoved, et cylindroid hovedhulrum, fire separate seks-stangs koblingsmekanismer, og en blød gummihud. For at øge manøvredygtigheden af ​​robotmaneterne, en barycenter justeringsmekanisme, der er samlet inde i hulrummet, introduceres. Ved at justere to klumpvægte i lodret eller vandret retning eller i en kombination af de to, holdningsregulering opnås.

"Det er meget svært at etablere en præcis dynamisk model til vandmændslignende svømning, da det er en meget ikke -lineær, stærk kobling, og tidsvarierende system, "sagde prof. Junzhi Yu." Parametriske usikkerheder og ydre forstyrrelser i dynamiske vandmiljøer, på samme tid, forårsage vanskeligheder med at udlede kontrollove ved at løse det inverse kinematikproblem. "Derfor, der foreslås en forstærkningsindlæringsbaseret lukket kredsløb holdningskontrolmetode til robotmaneterne, som kan løse et optimalt beslutningskontrolproblem gennem direkte interaktion med miljøet, især uden behov for dynamisk modellering.

Endelig, forslaget om forstærkningsindlæringsbaseret holdningskontrolmetode gør autonom holdningsregulering mulig. "I sammenligning med de fleste andre robot -vandmænd, den indbyggede robot viser en høj grad af strukturfleksibilitet og manøvredygtighed, "Påpeger Yu. Han understregede også, at denne selvkørende robotmanet med 3D-bevægelse har store konsekvenser for bioinspireret design af jetfremdrivningssystem med stor smidighed.