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爽風(fēng)
近幾十年來，科學(xué)家們一直嘗試研發(fā)一種可以像昆蟲一樣飛行并且體積很小的機器人，這些機器人可以用于狹小空間內(nèi)或者惡劣的環(huán)境中完成的搜救、生物研究、人工授粉等工作，但一直受困于合適的材料以及微型的控制器等因素，研發(fā)人員們?nèi)栽诓粩嗟貙ふ腋m合的設(shè)計方法。
Bee ++原型機擁有四個由碳纖維和聚脂薄膜制成的機翼以及四個控制每個機翼的輕型驅(qū)動器，是第一個能夠在各個方向穩(wěn)定飛行的原型機，包括被稱為偏航的棘手扭轉(zhuǎn)運動，Bee ++完全實現(xiàn)了典型飛行昆蟲所顯示的六度自由運動。
研究團隊提出了一種基于李雅普諾夫的非線性控制架構(gòu)，可實現(xiàn)閉環(huán)位置和姿態(tài)調(diào)節(jié)和跟蹤的方法，控制算法可以通過獨立改變Bee++四個撲動翅膀的振幅來同時穩(wěn)定位置和姿態(tài)，目前的實驗數(shù)據(jù)證明了在昆蟲規(guī)模飛行期間對DOF信號的持續(xù)和穩(wěn)健的高性能跟蹤，這是一個在撲翼微型機器人領(lǐng)域中長期存在的控制問題。
Bee++的重量為95毫克，翼展為33毫米，雖然科學(xué)家們努力地把機器人做的更小巧，但目前仍比蜜蜂大一些，目前該機器人的續(xù)航僅僅有5分鐘，需要依賴電纜供電來維持機器人的運行，未來仍需著重攻克續(xù)航的問題。
起初，該研發(fā)團隊開發(fā)的是一種雙翼的蜜蜂機器人，但這個機器人的機動性能十分受限。早在2019年的時候，團隊曾經(jīng)制造并試飛成功了一個四翼機器人，該機器人在測試俯仰和滾動等機動動作時候的表現(xiàn)并不優(yōu)秀，研究人員需要讓前翼以與后翼不同的方式拍打以進行俯仰，并使右翼以與左翼不同的方式拍打以進行滾動，從而產(chǎn)生使機器人旋轉(zhuǎn)的扭矩。
據(jù)團隊研究員介紹，能夠控制飛行機器人的偏航運動是成功研發(fā)飛行機器人的關(guān)鍵，他可以使機器人在出現(xiàn)動作偏離的狀態(tài)下修正機器人的飛行姿態(tài)，保證機器人有足夠的空中穩(wěn)定性，并且提高偏航運動的能力可以讓機器人更加準確地進行規(guī)避機動或跟蹤物體。
為了機器人可以在空中做出旋轉(zhuǎn)等機動動作，研究人員們參考了昆蟲的拍打翅膀的方法，將機器人的翅膀移動，使它們在一個傾斜的平面內(nèi)高頻拍打，從原先的每秒100次增加到160次，初步達到了研究團隊的預(yù)期效果。
華盛頓州立大學(xué)機械與材料工程學(xué)院副教授Néstor O. Pérez-Arancibia 是這個研發(fā)團隊的領(lǐng)導(dǎo)者，他表示：“多年來，人們對如何控制偏航有理論上的想法，但這個問題非常難解決，由于驅(qū)動限制，目前還沒有人能夠穩(wěn)定運行它，已有的一些解決方案主要是針對機器人的物理設(shè)計進行優(yōu)化，我們的方法是發(fā)明一種像昆蟲大腦一樣的新型控制器，它可以告訴機器人需要做什么。”
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