生物启发的增材制造材料优化,以提高机器人四肢的硬度和改善应变传感

科学领域:

• 机器人技术 机器人技术 机器人技术
• 生物启发工程 生物启发工程
• 材料科学 材料科学 材料科学

背景情况:

• 导航复杂地形的机器人需要精确的四肢动力学和强力传感来进行自适应控制.
• 目前的机器人四肢通常使用刚性细分和负载细胞,在动力学硬度和力感应灵敏度之间进行权衡.
• 昆虫通过嵌入式应变传感器的异质外骨来实现这种平衡.

研究的目的:

• 为了研究3D打印机器人肢体中的局部Kevlar®纤维增强.
• 为了平衡动力学的结构刚性与强度感应的应变灵敏度,灵感来自昆虫腿结构.
• 通过生物灵感设计提高机器人四肢的机械和传感性能.

主要方法:

• 制造3D打印机器人四肢,不同程度的Kevlar®纤维增强 (没有,部分,全部).
• 使用光束曲,机器人步行和疲劳测试进行评估,以评估终点刚度,应变灵敏度和结构完整性.
• 分析局部增强对机械性能和传感能力的影响.

主要成果:

• 部分Kevlar®纤维增强有效地平衡了四肢硬性和放大了应变信号,改善了信号与噪声的比率.
• 部分增强的四肢表现出优越的耐疲劳性,在经历了广泛的循环负荷后保持传感功能.
• 局部化,异质增强模仿昆虫结构,以提高机器人肢体的性能.

结论:

• 部分增强是机器人肢体的最佳选择,因为机器人肢体需要动力学准确性和灵敏的力反.
• 生物启发的异质增强策略可以显著改善机器人的运动和传感.
• 这种方法为适应更具适应性和更强大的机器人系统提供了一条途径,以应对具有挑战性的环境.