仿生學(xué)-利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)碰撞游動(dòng)

水下機(jī)器人 BionicFinWave 穿過(guò)管道系統(tǒng)

       海豚和領(lǐng)航鯨能夠在黑暗渾濁的水中找到前行之路，這是因?yàn)樗鼈冇刑烊坏幕芈曁綔y(cè)器。潛水艇同樣利用超聲波技術(shù)進(jìn)行定位。超聲波傳感器可計(jì)算距離，甚至是到透明材料和水下的距離。BionicFinWave 集所有這些特性于一身。由于安裝有超聲波傳感器，這款仿生水下機(jī)器人可順利穿過(guò)由丙烯酸玻璃制成的管道系統(tǒng)，而不會(huì)發(fā)生任何碰撞。

        超聲波傳感器向目標(biāo)物體發(fā)射高頻聲波，隨后目標(biāo)物體會(huì)以回聲形式反射聲波。傳感器接收這些信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算回聲返回的時(shí)間間隔計(jì)算距離。使用這種測(cè)量原理可以計(jì)算距離，并判斷自身的位置。通過(guò)鰭片起伏運(yùn)動(dòng)，水下機(jī)器人 BionicFinWave 可以利用這種技術(shù)穿過(guò)透明管道系統(tǒng)，而不會(huì)發(fā)生任何碰撞。其頭部的五個(gè)超聲波傳感器和慣性傳感器技術(shù)可持續(xù)測(cè)量與墻壁的距離和其在水中的實(shí)際方向。處理器分析這些數(shù)據(jù)，并用它們判斷管道系統(tǒng)的轉(zhuǎn)彎位置。它控制鰭片，使 BionicFinWave 盡可能在中心游動(dòng)，而不會(huì)撞到管壁。

鰭片起伏運(yùn)動(dòng)

      BionicFinWave 使用其兩個(gè)側(cè)鰭移動(dòng)。它們會(huì)產(chǎn)生連續(xù)波，即所謂的鰭片起伏運(yùn)動(dòng)。野生海扁蟲、烏賊和尖吻鱸都是以這種方式在水中游動(dòng)的。隨著鰭片的起伏運(yùn)動(dòng)，這些魚將水推向身后，由此產(chǎn)生向前的推力。

靈活的硅膠鰭片

      BionicFinWave 上的鰭片由硅膠制成，沒(méi)有任何支柱或其他支撐元件。因此，其柔韌度很好，可以真實(shí)地再現(xiàn)其生物模型的流暢波形運(yùn)動(dòng)。左右兩側(cè)的兩個(gè)鰭片分別固定在九個(gè)偏轉(zhuǎn)角為 45° 的小型杠桿臂上。杠桿臂由位于水下機(jī)器人機(jī)體上的兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)相連的曲軸將動(dòng)力傳遞至杠桿，使兩個(gè)鰭片能夠單獨(dú)移動(dòng)。因此，它們可以產(chǎn)生不同的波形。

       例如，遇到轉(zhuǎn)彎時(shí)，外部鰭片的移動(dòng)速度要快于內(nèi)部鰭片，與挖掘機(jī)的鏈條同理。BionicFinWave 頭部的第三個(gè)伺服電機(jī)用于控制機(jī)體的彎曲，使其能夠上下浮動(dòng)。曲軸和接頭均采用一體成型 3D 打印工藝制造，因此十分靈活和柔軟。

       BionicFinWave 安裝有超聲波傳感器，因此可無(wú)碰撞地穿過(guò)管道系統(tǒng).