机器人用什么舵机(什么是机器人舵机)

麻省理工学院(MIT)研发团队推出并演示最新开发的可驱动超轻型无人机的软舵机及制造技术。这些软舵机非常耐用,但比同样大小的刚性舵机需要更高的电压。

这些软舵机所驱动的超轻型无人机具有如昆虫般的敏捷性和韧性,可执行特定任务,但不能携带能让其独立飞行的电子设备。研发团队成员利用开发出的新制造技术,制造出可运行75%低电压的软舵机。这些软舵机就如同人造肌肉,能迅速摆动机翼,增加无人机80%的有效载荷。

该型无人机是一款长方形的微型无人机,重量极轻,具有四组机翼,每组都由一个软舵机驱动。这些类似肌肉的舵机由两层弹性材料制成,夹在两个极薄的电极之间,看似一个松软的圆柱体。

当电压施加到舵机上时,电极会挤压弹性体,然后利用机械应变来拍打机翼。舵机的表面积越大,所需的电压就越小。因此,研发团队通过尽可能多的超薄弹性体层和电极之间的交替来构建这些人造肌肉。随着弹性体层越来越薄,整体就变得越来越不稳定。研究人员首次制造出一个20层的舵机,每个舵机的厚度为10微米(大约是红细胞的直径)。

软微机器人实验室主任Kevin Chen表示,其中一个主要障碍来自旋转涂抹工艺。因为在旋转涂抹过程中,弹性体被放倒在平面上并迅速旋转,离心力将薄膜向外拉伸,使薄膜变薄。在这个过程中,空气流入弹性体,产生许多微小气泡,而这些气泡的直径只有1微米,易于忽略。但随着弹性体变得越来越薄,这些气泡的影响就会越来越大。这就是为什么不能制造超薄弹性体的传统原因。

若在旋转涂抹后立即进行真空处理,就可以去除潮湿状态下弹性体内的气泡,随后烘烤弹性体使之干燥。消除这些气泡缺陷会提升舵机超过300%的输出功率,并显著提高其寿命。

这种新的制造技术所制造出的人造肌肉缺陷较少,可极大延长部件的寿命,提高无人机或机器人的性能和有效载荷,这为未来过渡到微型机器人配装电子设备提供了很大潜力。此外,通过实验证明,这种小型机器人在悬停飞行中航时最长,误差最小。据悉,软机器人的性能已超越刚性机器人。

麻省理工学院研发团队还对由碳纳米管组成的薄电极进行了优化。碳纳米管是种超强的碳棒,其直径约为人类头发直径的五万分之一。高浓度的碳纳米管可增加舵机的功率输出,降低电压,但致密层也含有更多的缺陷。例如,碳纳米管末端锋利,可以穿透弹性体,导致器件短路。经过反复试验,研发人员已分析出最佳浓度。