Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad cyflym roboteg, mae robotiaid quadruped wedi dod yn fan problemus yn raddol. They not only show great potential in the fields of military, rescue, logistics, etc., but also promote the progress of science and technology in bionics, motion control, etc. Recently, one of the world's fastest quadruped robots has attracted widespread attention-its running speed has exceeded 10 meters per second (about 36 kilometers per hour), which even exceeds the running ability of many land animals. Mae'r allwedd i'r datblygiad arloesol hwn yn gorwedd yn ei strwythur coesau ffibr carbon sydd wedi'i gynllunio i ddynwared Jerboas.
Bydd yr erthygl hon yn archwilio'n fanwl yr egwyddorion technegol, dylunio bionig, cymhwyso deunyddiau ffibr carbon a rhagolygon y robot quadruped hwn yn y dyfodol.
Mae robot quadruped yn robot sy'n dynwared symudiad quadrupeds. Daw ei ysbrydoliaeth ddylunio yn bennaf o famaliaid eu natur, megis cŵn, cathod, ceffylau, ac ati. O'i gymharu â robotiaid ar olwynion neu wedi'u tracio, mae gan robotiaid pedrwydd yn gallu i addasu tir cryfach a gallant symud yn sefydlog mewn amgylcheddau cymhleth, fel mynyddoedd garw, adfeilion neu eira.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gwnaed cynnydd sylweddol ym maes robotiaid quadruped. Er enghraifft, mae robot sbot Boston Dynamics wedi'i ddefnyddio mewn archwiliadau diwydiannol, safleoedd adeiladu a senarios eraill. Fodd bynnag, er gwaethaf sefydlogrwydd rhagorol a gallu i addasu robotiaid quadruped, mae eu cyflymder symud bob amser wedi bod yn un o'r tagfeydd technegol. Mae'r mwyafrif o robotiaid quadruped yn rhedeg ar gyflymder o ddim ond ychydig fetrau yr eiliad, yn llawer is na gallu rhedeg llawer o anifeiliaid tir.
Er mwyn torri trwy'r cyfyngiad hwn, dechreuodd ymchwilwyr edrych am ysbrydoliaeth o natur, a daeth llygod mawr cangarŵ yn wrthrych bionig pwysig.
Mae Jerboas yn gnofilod bach sy'n byw mewn ardaloedd anialwch, sy'n adnabyddus am eu gallu neidio rhagorol a'u rhedeg cyflym. Mae strwythur coesau ôl Jerboas yn arbennig iawn, gyda'r nodweddion canlynol:
Lloi hir a chryf:
Mae esgyrn lloi Jerboas yn fain ac yn ysgafn, a gallant storio a rhyddhau llawer iawn o egni potensial elastig.
System Tendon Effeithlon:
Mae gan dendonau Jerboas effeithlonrwydd elastig uchel iawn, a all leihau colli egni wrth neidio a rhedeg.
Gallu ymateb cyflym:
Gall system nerfol Jerboas addasu tensiwn cyhyrau a thendonau yn gyflym, a thrwy hynny gyflawni neidio a rhedeg effeithlon.
Mae'r nodweddion hyn yn galluogi Jerboas i symud yn gyflym yn yr anialwch, osgoi ysglyfaethwyr a dod o hyd i fwyd. Trwy ddynwared strwythur lloi Jerboas, mae ymchwilwyr wedi cynllunio math newydd o lo ffibr carbon a'i gymhwyso i robotiaid pedrwydd.
Mae ffibr carbon yn ddeunydd ysgafn a chryfder uchel a ddefnyddir yn helaeth mewn awyrofod, gweithgynhyrchu ceir ac offer chwaraeon. Mewn robotiaid quadruped, mae gan ddyluniad llo ffibr carbon y manteision canlynol:
Ysgafn:
Mae dwysedd ffibr carbon yn llawer is na dwysedd deunyddiau metel, a all leihau pwysau'r robot yn sylweddol, a thrwy hynny gynyddu ei gyflymder symud.
Cryfder Uchel:
Mae cryfder ffibr carbon yn uwch na chryfder y mwyafrif o ddeunyddiau metel a gall wrthsefyll yr effaith enfawr a gynhyrchir wrth redeg ar gyflymder uchel.
Modwlws Elastig Uchel:
Mae gan ffibr carbon briodweddau elastig da a gall storio a rhyddhau egni fel tendonau Jerboas, a thrwy hynny wella effeithlonrwydd symud y robot.
Uchafbwynt mwyaf y robot quadruped hwn yw bod ei gyflymder rhedeg yn fwy na 10 m/s, sy'n llawer cyflymach na robotiaid quadruped presennol a hyd yn oed yn agos at gyflymder rhedeg cheetahs (tua 30 m/s). Mae'r datblygiad arloesol hwn yn bennaf oherwydd y technolegau canlynol:
Cyfuniad o Ddylunio Bionig a Deunyddiau Ffibr Carbon:
Trwy ddynwared strwythur lloi Jerboa a chyfuno nodweddion ysgafn a chryfder uchel deunyddiau ffibr carbon, gall y robot gynnal sefydlogrwydd ac effeithlonrwydd wrth redeg ar gyflymder uchel.
Trosi Ynni Effeithlon:
Gall mecanwaith storio ynni elastig y llo ffibr carbon drosi egni cinetig y robot yn egni potensial elastig a'i ryddhau yn y cam nesaf, a thrwy hynny leihau colli egni.
System reoli ddeallus:
Mae gan y robot algorithmau rheoli cynnig datblygedig a all addasu onglau cerddediad ac ar y cyd mewn amser real i addasu i wahanol ofynion tir a chyflymder.
Mae gan y robot pedrwythiad cyflymaf hwn yn y byd ragolygon cymwysiadau eang mewn sawl maes:
Achub a Chwilio ac Achub:
Yn lleoliad trychineb neu ddamwain naturiol, gall y robot fynd i mewn i'r ardal beryglus yn gyflym i chwilio am oroeswyr neu drosglwyddo gwybodaeth.
Milwrol a Diogelwch:
Gellir defnyddio'r robot ar gyfer patrolau ar y ffin, cenadaethau rhagchwilio neu drin nwyddau peryglus.
Logisteg a chludiant:
Mewn tir cymhleth, gall y robot gludo deunyddiau yn gyflym, yn enwedig mewn lleoedd anodd eu mynediad fel ardaloedd mynyddig neu ardaloedd trychinebus.
Ymchwil wyddonol:
Gellir defnyddio'r robot i astudio mecanweithiau symud anifeiliaid, dyluniad bionig, ac algorithmau rheoli cynnig cyflym.
