面向水下作业的次级机器人：一种新型 13-mg 低功率基于形状记忆合金的无人驱动器用于水下推进
机器人学
2024-09-30 v1
摘要
我们介绍了一种新的低功率 13-mg 微型驱动器，采用形状记忆合金 (SMA) 线用于水下作业。该器件的开发是由最近开发的微型潜水机器人（如 FRISHBot、WaterStrider、VLEIBot、VLEIBot+ 和 VLEIBot++）所激发的。前四款机器人重量在 30 到 90 mg 之间，依赖于连接电源的有线供电，而最新平台是一款重量为 810-mg 的全自主系统。这五款机器人均由干式基于形状记忆合金的微型驱动器驱动，这些驱动器最初是为微型爬虫机器人（如 SMALLBug 和 SMARTI）开发的。正如本摘要所示，干式基于形状记忆合金的驱动器在水下运行效率不高，因为该介质中的热传递率很高；例如，驱动 VLEIBot++ 的驱动器在干燥空气中需约 40 mW 平均功率（工作频率为 1 Hz），而在水下需约 900 mW 平均功率（工作频率为 1 Hz）。相比之下，本文中提出的微型驱动器在干燥空气和水下工作时均仅需约 150 mW 平均功率（工作频率为 1 Hz）；此外，它还可通过简单集成在定制制造的印刷电路板 (PCB) 上的电源电子器件直接使用 onboard 电池供电。本次技术突破得益于将一种软质结构集成到驱动器的 SMA 线中，以被动控制热传递率。本文所呈现的结果代表了初步且有说服力的实验证据，表明所提出的驱动方法将使开发完全自主且可控的次级微型潜水机器人成为可能。为实现此目标，我们将发展当前版本的 VLEIBot++，并引入新的仿生水下推进机制。
引用
@article{arxiv.2409.18347,
title = {Progress Towards Submersible Microrobots: A Novel 13-mg Low-Power SMA-Based Actuator for Underwater Propulsion},
author = {Cody R. Longwell and Conor K. Trygstad and Francisco M. F. R. Goncalves and Ke Xu and Nestor O. Perez-Arancibia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.18347},
year = {2024}
}
备注
Presented at 40th Anniversary of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA@40)