Дельта-робота научили микрометровой точности
Инженеры разработали дельта-робота, способного к манипуляциям с микрометровой точностью и, в отличие от других дельта-роботов, гораздо более быстрого — робот может совершать циклические движения с частотой до 75 раз в секунду. Предполагается, что такого робота можно будет использовать для сборки устройств с небольшими элементами или для точных медицинских операций, говорится в работе, опубликованной в журнале Science Robotics.
Для манипуляций большими объектами существует множество методов и устройств, но в случае с небольшими объектами все гораздо сложнее. Практически все механические микроманипуляторы имеют тот или иной недостаток: сложная и дорогая конструкция, низкая точность или низкая скорость. Из-за этого их сложно использовать в производстве, к примеру, микроэлектромеханических устройств.
Исследователи под руководством Хэйли Макклинток (Hayley McClintock) из Гарвардского университета создали новый микроманипулятор, лишенный этих недостатков. Для этого они решили использовать известную конструкцию дельта-роботов. Она состоит из трех рычагов с независимыми приводами, соединенных с основанием, на котором может быть закреплен манипулятор или другой инструмент. Приводы в такой схеме имеют только одну степень свободы, но, поскольку они могут поворачивать рычаги на разный угол, основание может перемещаться в объеме.
Инженеры создали эффективного дельта-робота, работающего с объектами, имеющими массу около грамма. Он имеет размер 15 миллиметров в ширину и 20 миллиметров в высоту. Поскольку при таком малом размере сложно достичь высокой точности с помощью моторов, исследователи использовали пьезоэлектрические элементы. Они связаны с нижней секцией рычагов, и при подаче тока изгибаются сами и двигают рычаги. Инженеры отмечают, что помимо точности пьезоэлектрические актуаторы позволили достичь на порядок большей скорости, чем у аналогов. К примеру, робот может совершать движение по кругу с диаметром 1,5 миллиметра с частотой 75 герц.
Робот весит 430 миллиграмм, но может поднимать грузы с массой до 1,3 грамма. Он имеет рабочую зону объемом 7 квадратных миллиметров и точность перемещения около пяти микрометров. Исследователи продемонстрировали работу робота на нескольких примерах траекторий: кругах, звездах и других. Также разработчики протестировали его работу в качестве стабилизатора тремора рук: он смог снизить отклонения на 80 процентов. Инженеры считают, что это свойство можно использовать в глазной хирургии и других медицинских областях, в которых нужна точность движений.
Конструкцию дельта-роботов используют и в гораздо более масштабных проектах. К примеру, на ее основе итальянские инженеры создали самый большой 3D-принтер в мире, который может печатать небольшие дома целиком.
Григорий Копиев
Он плавает со скоростью 2 метра в секунду, а скорость на суше составляет 0,5 метра в секунду
Инженеры разработали беспилотник-амфибию, который может летать, плавать по поверхности воды и ездить по земле. Дрон построен по трикоптерной схеме с тремя соосными парами пропеллеров. Для движения по земле используются три всенаправленных колеса, а для плавания — два водяных винта. Чтобы дрон не утонул, на раме закреплена пенопластовая пластина. Амфибию можно использовать, например, для отбора проб и образцов в разных средах. Доклад, описывающий конструкцию, был представлен в рамках конференции International Conference on Unmanned Aircraft Systems 2023. Вместо нескольких разных роботов для выполнения задач в разных средах иногда проще использовать один универсальный аппарат. Например, для обследования состояния надводных и подводных частей мостов инженеры создали октокоптер, который может летать и плавать, используя для этого одни и те же винты. Также существуют проекты, в которых дроны получают возможность передвигаться по земле с помощью колес или ног. Благодаря этому удается значительно сократить расход энергии, которая очень быстро расходуется во время полета. Инженеры под руководством Димитриса Чайкалиса (Dimitris Chaikalis) из Университета Нью-Йорка совместили в одном дроне возможности передвижения в воздухе, по воде и по земле. Разработанный ими дрон построен по схеме трикоптера. На концах каждого из трех плечей находятся по два соосных трехлопастных пропеллера. Помимо шести воздушных винтов дрон оснащен также двумя водяными. Движение по земле во всех направлениях обеспечивается за счет трех всенаправленных колес. Так как устройство не предназначено для погружения на глубину, для сохранения положительной плавучести в центральной его части расположена пластина из пенопласта. При этом часть рамы дрона с колесами и водяными винтами находится под поплавком и остается погруженной в воду. Для защиты электронных компонентов от воды они помещены в пластиковый герметичный корпус. Управление одиннадцатью актуаторами дрона происходит с помощью двух отдельных полетных контроллеров PixHawk, один из которых отвечает за полет, а второй за езду и плавание. В роли бортового компьютера высокого уровня, отвечающего за навигацию и планирование маршрута, выступает Intel NUC. Заряда аккумулятора емкостью 12 ампер-час хватает на 18 минут полета, максимальная масса которого не превышает десяти килограмм. В испытаниях дрон взлетал с поверхности воды, после нескольких минут полета приземлялся и продолжал движение на колесах. Скорость передвижения по суше составила 0,5 метра в секунду, а по воде — около 2 метров в секунду. Разработчики отмечают и минусы конструкции: пенопласт впитывает воду, его масса увеличивается на 20 процентов в течение 30 минут, проведенных в воде. При этом обратный процесс происходит медленнее — на воздухе потеря 20 процентов дополнительного веса происходит за 100 минут. Этот эффект в будущем будет учтен в системе управления дроном. Другой способ справиться с впитыванием влаги — водоотталкивающее покрытие, однако оно также увеличивает общий вес конструкции. У этого беспилотника, как и у большинства других гибридных дронов, части конструкции, которые используются для передвижения по земле, никак не используются в остальных режимах. Ранее мы писали про дрон-трансформер Morphobot M4, разработчики которого пошли другим путем. Беспилотник может ездить по поверхности как четырехколесный ровер, а в нужный момент трансформируется в полноценный квадрокоптер. При этом обода его колес превращаются в защитные бампера воздушных винтов, расположенных на колесных осях.