哈佛工程師用迷你機器人創造巨大突破

Delta機器人在許多類型的應用中變得越來越流行，因為它們速度快，占地面積小，并且具有大的工作范圍。除了裝配應用，例如粘合劑分配和螺絲擰緊，機器還可以進給，拾取，放置，堆疊和裝配各種零件和部件。

在過去的十年中，工程師們開發出越來越小的三角洲機器人，用于有限工作空間的任務。但是，使用傳統的制造技術和部件將它們進一步縮小到毫米級已經證明是徒勞的。

哈佛大學Wyss生物啟發工程研究所的一個學生團隊成功應對了這一挑戰。通過將微加工技術與可以結合彎曲接頭和彎曲執行器的高性能復合材料相結合，他們最近創造了一個大小便宜的機器人。

milliDelta可以高速，力和微米精度運行。它的尺寸為15×15×20毫米，總質量為430毫克。

“milliDelta是三角形機器人的毫米級版本，”Wyss研究所的研究員Hayley McClintock說。“我們使用印刷電路微機電系統，層壓板制造技術和哈佛微機器人實驗室開發的高功率密度壓電執行器來縮小尺寸。

“[壓電致動器使milliDelta]能夠以比其他現有三角洲機器人高15至20倍的頻率進行運動，”McClintock稱。

“我們對工業級三角洲機器人的速度和精度印象深刻，并認為這些品質可能對毫米級應用有益，”McClintock解釋道。“此外，我們知道速度等理想的質量會提高，因為較小的尺寸會產生較低的慣性，從而實現更高的加速度。

“milliDelta設計采用復合層壓結構，嵌入式彎曲接頭，接近大型三角洲機器人中更復雜的接頭，”McClintock指出。“在組裝夾具的幫助下，這種層壓板可以精確地折疊(如彈出書和折紙)到毫米級三角洲機器人中。”

該復合材料由剛性碳纖維層和柔性聚酰亞胺層組成。使用熱和壓力活化的片狀粘合劑將這些層粘合在一起。致動器也是復合層壓板，由夾在帶相反電荷的壓電陶瓷板之間的中心導電碳纖維層制成。

“為了開發毫米級機器人，我們用旋轉鉸鏈的組合取代了傳統零件，例如銷釘和萬向節，”McClintock解釋道。“同樣，我們設計了一種傳動聯動系統，將壓電執行器的線性輸出轉換為毫米級的旋轉輸入，而不是使用受到顯著摩擦損失阻礙的旋轉驅動。”

根據McClintock的說法，機器人可以在7立方毫米的工作空間內運行。它的有效載荷能力為1.3克。機器人可以達到75赫茲的頻率，速度和加速度分別為每秒0.45米和22克。

“milliDelta可以施加力和展示軌跡，連同其高頻率，可以使其成為工業拾放過程中微操作的理想選擇，”McClintock說。“[其他潛在的應用包括]微觀外科手術，例如在人眼上進行的視網膜顯微外科手術。

“由于其高精度和高速度，milliDelta可用于需要精確小工作空間和快速移動的任務，”McClintock聲稱。“我們探索的一些例子是顯微手術的震顫補償。

“milliDelta有可能將手震減少約81%，”McClintock補充道。“將這一結果與其緊湊的外形相結合，我們相信我們的機器人可以用作顯微外科設備的末端執行器或需要穩定手的裝配操作。”