哈佛工程師通過迷你機(jī)器人創(chuàng)造重大突破

Delta機(jī)器人因其速度快，占地面積小且具有較大的工作空間而在許多類型的應(yīng)用中變得越來越受歡迎。除了組裝應(yīng)用(例如膠粘劑分配和螺絲驅(qū)動(dòng))外，機(jī)器還可以進(jìn)給，拾取，放置，堆疊和套接各種零件和組件。

在過去的十年中，工程師們開發(fā)了越來越小的增量機(jī)器人，以在有限的工作空間中完成任務(wù)。但是，事實(shí)證明，使用傳統(tǒng)的制造技術(shù)和組件將其進(jìn)一步縮小到毫米級(jí)是徒勞的。

哈佛大學(xué)威斯生物啟發(fā)工程研究所的一組學(xué)生成功地應(yīng)對(duì)了這一挑戰(zhàn)。通過將微細(xì)加工技術(shù)與可以結(jié)合撓性接頭和彎曲執(zhí)行器的高性能復(fù)合材料集成在一起，他們最近創(chuàng)造了一個(gè)只有一分錢大小的機(jī)器人。

milliDelta可以以高速，高力和微米精度運(yùn)行。它的尺寸為15乘15乘20毫米，總質(zhì)量為430毫克。

Wyss研究所的研究員Hayley McClintock說：“ milliDelta是增量機(jī)器人的毫米級(jí)版本。“我們使用哈佛微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的印刷電路微機(jī)電系統(tǒng)，層壓板制造技術(shù)和高功率密度壓電致動(dòng)器來縮小尺寸。

“ [壓電致動(dòng)器使milliDelta能夠以比目前其他可用的三角型機(jī)器人高15到20倍的頻率執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，” McClintock說。

“我們對(duì)工業(yè)尺寸的三角機(jī)器人的速度和精度印象深刻，并認(rèn)為這些質(zhì)量對(duì)于毫米級(jí)的應(yīng)用可能是有益的，” McClintock解釋說。“此外，我們知道理想的質(zhì)量(例如速度)將會(huì)提高，因?yàn)檩^小的尺寸會(huì)產(chǎn)生較小的慣性，從而實(shí)現(xiàn)更高的加速度。

McClintock指出：“ milliDelta設(shè)計(jì)將復(fù)合材料層狀結(jié)構(gòu)與嵌入式撓性關(guān)節(jié)相結(jié)合，該撓性關(guān)節(jié)近似于大型三角機(jī)器人中發(fā)現(xiàn)的更復(fù)雜的關(guān)節(jié)。” “借助組裝夾具，可以將這種層壓板精確地折疊(如彈出式書本和折紙)成毫米級(jí)的三角機(jī)器人。”

該復(fù)合材料由剛性碳纖維層和柔性聚酰亞胺層組成。使用熱活化和壓力活化的片狀粘合劑將各層粘結(jié)在一起。促動(dòng)器也是復(fù)合材料層壓板，由導(dǎo)電碳纖維層夾在帶相反電荷的壓電陶瓷片之間制成。

“為了開發(fā)毫米級(jí)的機(jī)器人，我們用旋轉(zhuǎn)鉸鏈代替了傳統(tǒng)零件，例如銷釘和萬向節(jié)，” McClintock解釋說。“類似地，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種變速箱連桿系統(tǒng)，而不是使用受到明顯的摩擦損失阻礙的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)，將壓電致動(dòng)器的線性輸出轉(zhuǎn)換為milliDelta的旋轉(zhuǎn)輸入。”

根據(jù)麥克林托克的說法，該機(jī)器人可以在7立方毫米的工作空間中運(yùn)行。它的有效載荷容量為1.3克。該機(jī)器人可以達(dá)到最高75赫茲的頻率，其速度和加速度分別為0.45米/秒和22 g。

McClintock說：“ milliDelta可以施加力并顯示出其軌跡，以及其高頻率，使其非常適合于工業(yè)取放過程中的顯微操作。” “ [其他潛在的應(yīng)用包括]顯微外科手術(shù)，例如在人眼上進(jìn)行的視網(wǎng)膜顯微外科手術(shù)。

McClintock表示：“由于其高精度和高速度，milliDelta可以用于需要在小工作區(qū)中實(shí)現(xiàn)精確度并快速移動(dòng)的任務(wù)。” “我們探索的一些例子是顯微外科手術(shù)的震顫補(bǔ)償。

McClintock補(bǔ)充說：“ milliDelta有可能將手部震顫降低約81%。” “將這種結(jié)果與緊湊的形式相結(jié)合，我們相信我們的機(jī)器人可以用作顯微外科手術(shù)器械或需要穩(wěn)定手部的組裝操作的末端執(zhí)行器。”