Festo的仿生技術(shù)將助力工業(yè)自動化控制的升級
(文章來源:費斯托)
在Festo,自然和技術(shù)是一個不可分割的整體。自20世紀(jì)90年代初以來,F(xiàn)esto在仿生學(xué)領(lǐng)域投入了大量精力,回顧Festo 25年的企業(yè)仿生學(xué)歷史,是一個研究自然的時代,一個豐富經(jīng)驗的時代,一個自動化領(lǐng)域技術(shù)飛速發(fā)展的時代。Festo 與多所著名高校、研究所和研發(fā)公司聯(lián)手,致力于將自然基本原理應(yīng)用到自動化技術(shù)領(lǐng)域。
仿生水母是一個高度集成的輕量化模型,由一個透明的半球、一個中央防水機身以及八條用于推進的觸手組成。仿生水母的透明半球內(nèi)安裝了環(huán)形控制板,集成了光電、壓力和無線電傳感器。通過處理器監(jiān)控推進方向。防水機身位于仿生水母的中心,里面安裝了中央電驅(qū)動單元、兩塊鋰電池和旋轉(zhuǎn)盤的伺服電機。電驅(qū)動單元可以驅(qū)動防水機身頂部和底部安裝的兩個傳動盤,并由傳動盤上的菱形關(guān)節(jié)帶動水母的八只觸手運動。
仿生水母有智能化的自適應(yīng)機構(gòu),集成了通信和傳感器技術(shù)以及實時診斷功能,實現(xiàn)多個水母在有限空間內(nèi)的協(xié)調(diào)集體行為。每個水母自主確定推進系統(tǒng)方向的下一步取決于電池電量的狀態(tài)以及與其他水母的距離。通過一個應(yīng)用程序便可顯示并跟蹤每個水母的當(dāng)前狀態(tài),實現(xiàn)實時診斷。
自然界中沒有浪費,所有能量使用都最大化。智能飛鳥的外形和輕量化碳纖維結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化,是運動節(jié)能和節(jié)省材料使用的典范。僅通過怕打翅膀就能前進和爬升,功耗僅為25瓦。它是一種高性能、超輕型飛行模型,總重量約為450克,翼展2米。
鳥類飛行的奧秘在于鳥翼的主動扭轉(zhuǎn)。主動扭轉(zhuǎn)將空氣動力效率從 30%(被動扭轉(zhuǎn))提高到了 80%。智能飛鳥與眾不同的特性就在于它的翅膀可主動扭轉(zhuǎn),無需使用額外爬升裝置,僅憑撲翼便可進行自主起飛、飛行、滑翔和降落, 具有優(yōu)秀的空氣動力學(xué)性能和最大的飛行靈活性。
由于關(guān)節(jié)式主動扭轉(zhuǎn)驅(qū)動需要拍打動作和扭轉(zhuǎn)動作精確協(xié)調(diào),因此受到不間斷全方位監(jiān)控。智能飛鳥的軀干中安裝了電池、馬達(dá)、傳動機構(gòu)、曲軸機構(gòu)以及控制和調(diào)節(jié)性電子元件。通過雙向無線電通信傳送(即 ZigBee 協(xié)議)電池電量、功耗和操作員的輸入數(shù)據(jù)等工作參數(shù),以便監(jiān)控翅膀的位置和扭轉(zhuǎn)。在飛行過程中,不僅可以持續(xù)記錄智能飛鳥的翅膀位置和扭轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),還可以實時調(diào)整并優(yōu)化扭轉(zhuǎn)控制參數(shù),從而確保飛行的穩(wěn)定性,保證飛行的安全。
抓取這項技能一直在仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要角色。大自然常常為工業(yè)應(yīng)用提供令人驚嘆的創(chuàng)意與全新的解決方案。在Festo跨學(xué)科研究網(wǎng)絡(luò)中已開發(fā)出多種仿生抓取應(yīng)用,其中兩項已經(jīng)進一步發(fā)展為批量產(chǎn)品。
自適應(yīng)抓手手指DHAS的設(shè)計基于魚尾鰭令人驚嘆的行為特性。如果按壓鰭片的側(cè)面,尾鰭會朝壓力點彎曲,而不是遠(yuǎn)離壓力點。開發(fā)人員通過兩個利用中間橋板相互連接的柔性聚氨酯膠帶,在技術(shù)上實現(xiàn)了魚鰭效應(yīng)FinRay Effect?。無論是平行還是居中排列:抓手手指堅固且柔性,可在抓取時輕松適應(yīng)工件的外形,進行自動調(diào)節(jié)。這樣可以輕柔且牢固地抓住具有不規(guī)則表面的易損物體。DHAS已經(jīng)在食品工業(yè)中得到了應(yīng)用,如水果及蔬菜分類。
另一個自適應(yīng)抓手DHEF,它的工作原理和變色龍舌頭一樣。為了捕獲獵物,變色龍可以讓它的舌頭像橡皮筋一樣突然彈出。在它的舌頭觸到昆蟲之前,舌頭中央向后拉伸,而邊緣繼續(xù)向前移動。由此,變色龍的舌頭可匹配各個獵物的外形和大小,并且可以牢固包裹。DHEF抓手的重要組成部分是一個仿照變色龍的舌頭設(shè)計的、略微過壓填充的硅膠帽蓋,可根據(jù)物體外型靈活地進行翻轉(zhuǎn),由此包裹并抓取物體。通過使用比例閥進行相應(yīng)控制,可實現(xiàn)對多個物體的抓取,例如盒子中的螺絲。
Festo于2006年建立了仿生學(xué)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò),與知名大學(xué)、研究部門和小型創(chuàng)新公司合作。借助仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò),F(xiàn)esto利用“仿生”方法解決自動化行業(yè)的問題。仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)與Festo教學(xué)培訓(xùn)部(Festo Didactic)的創(chuàng)新流程緊密相連,體現(xiàn)了我們對技術(shù)教育和培訓(xùn)的承諾。
除了精彩的仿生表演和互動,作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè),F(xiàn)esto也將帶來最新的工業(yè)自動化應(yīng)用展示,包括氣動領(lǐng)域的革新產(chǎn)品,世界上首個由APP控制的閥,F(xiàn)esto數(shù)字控制終端VTEM;Festo能源效率解決方案;以及全新的數(shù)字化產(chǎn)品及行業(yè)解決方案。





