利用超音波達成無碰撞游動

水中機器人 BionicFinWave 穿越管道系統

海豚和領航鯨能夠在黑暗渾濁的水中找到前行之路,是因為它們擁有天然的回音探測器。潛水艇同樣利用超音波技術進行定位。超音波感測器可計算距離,甚至是透明材料和水下的距離。BionicFinWave 集結所有特性。由於配有超音波感測器,這款仿生水中機器人可順利穿越由丙烯酸玻璃製成的管道系統,而不會發生任何碰撞。

超音波感測器向目標物體發射高頻率音波,隨後目標物體會以回音形式反射音波。感測器接收這些信號,並透過計算回音返回的時間間隔來計算距離。使用這種測量原理可以計算距離,並判斷自身位置。

透過鰭片起伏運動,水中機器人 BionicFinWave 可以利用這種技術穿越透明管道系統,而不會發生任何碰撞。其頭部的五個超音波感測器和慣性感測器技術,可持續測量與牆壁的距離及其在水中的實際方向。處理器分析這些資料,並用它們判斷管道系統的轉彎位置。它能控制鰭片,使 BionicFinWave 盡可能在中心游動,而不會撞到管壁。

鰭片起伏運動

BionicFinWave 使用其兩邊側鰭移動。它們會產生連續波,即所謂的鰭片起伏運動。野生海扁蟲、烏賊和尼羅尖吻鱸皆以這種方式在水中游動。隨著鰭片的起伏運動,這些魚將水推向身後,由此產生向前的推力。

靈活的矽膠鰭片

BionicFinWave 上的鰭片全由矽膠製成,沒有任何支撐或其他輔助元件。因此,其柔韌度極強,可以真實呈現其生物模型的流暢波形運動。左右兩側的兩個鰭片分別固定在九個偏轉角為 45° 的小型槓桿臂上。槓桿臂由水中機器人機體上的兩個伺服馬達驅動。兩個相連的曲軸將動力傳送至槓桿,使兩個鰭片能夠單獨移動。因此,它們可以產生不同的波形。

例如,遇到轉彎時,外部鰭片的移動速度比內部鰭片快速,與挖土機的鏈條同理。BionicFinWave 頭部的第三個伺服馬達用於控制機體的彎曲,使其能上下浮動。曲軸和接頭皆採用一體成型 3D 列印工藝所製造,因此相當靈活和柔軟。

概覽