Az utóbbi években a robotika gyors fejlődésével a négyszögletes robotok fokozatosan kutatási hotspotgá váltak. Nemcsak nagy potenciált mutatnak a katonai, mentési, logisztikai stb. Fieldjein, hanem elősegítik a tudomány és a technológia fejlődését a bionikákban, a mozgásvezérlésben stb. A közelmúltban a világ egyik leggyorsabb négyszeres robotja széles körben elterjedt figyelmet vonzott-a futási sebesség meghaladta a 10 métert másodpercenként (kb. Ennek az áttörésnek a kulcsa a szénszálas lábszerkezetében rejlik a jerboák utánozására.
Ez a cikk mélyrehatóan feltárja a technikai alapelveket, a bionikus kialakítást, a szénszálas anyagok alkalmazását és a négyszeres robot jövőbeli kilátásait.
A négyes robot egy robot, amely utánozza a négyszögletek mozgását. Tervezési inspirációja elsősorban a természetben levő emlősökből származik, például kutyák, macskák, lovak stb. Összehasonlítva a kerekes vagy a réz robotokkal, a négyszögletes robotok erősebb terepi alkalmazkodóképességgel rendelkeznek, és stabilan mozoghatnak összetett környezetben, például robusztus hegyekben, romokban vagy hóban.
Az utóbbi években jelentős előrelépés történt a négyes robotok területén. Például a Boston Dynamics Spot Robotot ipari ellenőrzésekben, építési helyszíneken és egyéb forgatókönyvekben használják. A négyes robotok kiváló stabilitása és alkalmazkodóképessége ellenére azonban mozgási sebességük mindig is az egyik műszaki szűk keresztmetszet volt. A legtöbb négyes robot csak néhány méter / másodperc sebességgel fut, jóval alacsonyabb, mint sok szárazföldi állat futó képessége.
Annak érdekében, hogy áttörjék ezt a korlátozást, a kutatók a természetből kezdtek inspirációt keresni, és a kenguru patkányok fontos bionikus tárgyakká váltak.
A jerboák kis rágcsálók, akik sivatagi területeken élnek, kiváló ugrási képességükről és nagysebességű futásukról ismertek. A jerboák hátsó lábának szerkezete nagyon különleges, a következő jellemzőkkel:
Hosszú és erős borjak:
A jerboák borjúcsontjai karcsúak és könnyűek, és nagy mennyiségű rugalmas potenciális energiát tudnak tárolni és felszabadítani.
Hatékony inakrendszer:
A jerboa inak rendkívül magas rugalmas hatékonysággal bírnak, ami csökkentheti az energiavesztést az ugrás és a futás során.
Gyors reakció képesség:
A jerboák idegrendszere gyorsan beállíthatja az izmok és az inak feszültségét, ezáltal elérve a hatékony ugrást és futást.
Ezek a jellemzők lehetővé teszik a jerboák számára, hogy gyorsan mozogjanak a sivatagban, elkerüljék a ragadozókat és megtalálják az ételt. A jerboák borjúszerkezetének utánozásával a kutatók új típusú szénszálas borjút terveztek, és négyszeres robotokra alkalmazták.
A szénszál egy könnyű és nagy szilárdságú anyag, amelyet széles körben használnak a repülőgép, az autógyártásban és a sporteszközökben. Négyes robotokban a szénszálas borjú kialakításának a következő előnyei vannak:
Könnyűsúlyú:
A szénszál sűrűsége sokkal alacsonyabb, mint a fém anyagoké, ami jelentősen csökkentheti a robot súlyát, ezáltal növelve a mozgási sebességet.
Nagy szilárdság:
A szénszál szilárdsága magasabb, mint a legtöbb fém anyagnál, és képes ellenállni a hatalmas ütésnek, ha nagy sebességgel fut.
Magas elasztikus modulus:
A szénszál jó rugalmas tulajdonságai vannak, és energiát tárolhatnak és felszabadíthatnak, mint a jerboa inak, ezáltal javítva a robot mozgási hatékonyságát.
Ennek a négyszeres robotnak a legfontosabb eleme az, hogy futási sebessége meghaladja a 10 m/s -ot, ami sokkal gyorsabb, mint a meglévő négyszeres robotok, és még a gepárdok futási sebességéhez is közel (kb. 30 m/s). Ez az áttörés elsősorban a következő technológiáknak köszönhető:
A bionikus tervezés és a szénszálas anyagok kombinációja:
A Jerboa borjúszerkezetének utánozásával, valamint a szénszálas anyagok könnyű és nagy szilárdságú jellemzőinek kombinálásával a robot fenntarthatja a stabilitást és a hatékonyságot, ha nagy sebességgel fut.
Hatékony energia -átalakítás:
A szénszálas borjú rugalmas energiatároló mechanizmusa a robot kinetikus energiáját rugalmas potenciális energiává alakíthatja, és a következő lépésben felszabadíthatja, ezáltal csökkentve az energiaveszteséget.
Intelligens vezérlőrendszer:
A robot fejlett mozgásvezérlő algoritmusokkal van felszerelve, amelyek valós időben beállíthatják a járási és ízületi szögeket, hogy alkalmazkodjanak a különböző terepi és sebességigényekhez.
Ennek a világnak a leggyorsabban négyszeres robotja széles körű alkalmazási kilátásokkal rendelkezik sok területen:
Mentés és kutatás és mentés:
A természeti katasztrófa vagy baleset helyszínén a robot gyorsan beléphet a veszélyes területre, hogy túlélőket keressen vagy információkat továbbítson.
Katonai és biztonság:
A robot használható határőrizetekhez, felderítő missziókhoz vagy veszélyes áruk kezeléséhez.
Logisztika és szállítás:
Komplex terepen a robot gyorsan szállíthatja az anyagokat, különösen a nehezen hozzáférhető helyeken, például hegyvidéki területeken vagy katasztrófa területeken.
Tudományos kutatás:
A robot felhasználható az állati mozgási mechanizmusok, a bionikus tervezés és a nagysebességű mozgásvezérlő algoritmusok tanulmányozására.
