MARVEL四足機器人可以用磁力腳在金屬牆壁上行走
許多人看到四足機器人時會被驚嚇到,它們用四條腿行走,而不是在輪子或軌道上滾動。MARVEL機器人還可以更進一步,因為它可以直接在鐵磁金屬牆飛簷走壁。MARVEL的名字是”用於多功能和快速運動的磁粘性機器人”的首字母縮寫,由Hae-Won Park教授領導的韓國科學和技術研究院(KAIST)的一個團隊設計。
該機器人的四隻腳中的每一隻都包含了一個永久性電磁鐵(EPM)和一個磁流變彈性材料(MRE)的鞋底。
與傳統的電磁鐵不同,EPM只需要在磁性和非磁性狀態之間進行切換,換句話說,它不使用任何電力來維持其磁力。鞋底使用的MRE是由聚氨酯橡膠與鐵顆粒混合組成的,形成了一種既有彈性又有鐵磁性的材料。
為了爬上垂直的金屬表面–甚至倒著走過金屬天花板–MARVEL只需在每隻腳向前移動時開關它的磁性。雖然EPM提供了所有的吸引力,但MRE鞋底提供了必要的抓地力,使機器人不會向下滑動。
這兩種技術的結合使MARVEL能夠在金屬牆或天花板上保持其位置,即使施加高達54.5公斤(120磅)的外部垂直力或高達45.4公斤(100磅)的水平力。MARVEL本身的重量約為8公斤(18磅)。
MARVEL在垂直牆面上行走(A),在天花板上行走(B),跨過垂直牆面上的障礙物(C),進行地面到牆面和牆面到天花板的轉換(D),移動到儲物箱上(E),並在牆上和天花板上行走,附帶2公斤(4.4磅)的重物
在迄今為止進行的測試中,該機器人能夠以每秒70厘米(28英寸)的最大速度爬牆,並以每秒50厘米(20英寸)的速度穿過天花板。它在地板、牆壁和天花板上的行走之間沒有任何困難,而且它可以跨過5厘米(2英寸)高的障礙。這種能力使MARVEL與履帶式或輪式爬牆機器人相比具有明顯的優勢,後者很可能會被這種挑戰所阻撓。
此外,即使垂直金屬表面塗有油漆、灰塵或鐵鏽,該機器人仍然能夠以每秒35厘米(14英寸)的速度攀爬。這是對其可能的實際應用的一個重要考慮,這些應用包括檢查、維護和/或修理諸如船舶、橋樑、無線電塔、儲罐和建築工地的鐵樑。
“通過使用由EPM和MRE組成的磁性鞋底以及適合攀爬的非線性模型預測控制器,該機器人可以快速地在各種鐵磁性表面上移動,包括牆壁和天花板,而不僅僅是平地,”Park說。”我們相信這將成為一塊基石,它將擴大踏板移動機器人的流動性和可以冒險進入的地方。”
MARVEL在最近發表於《科學機器人》雜誌的一篇論文中進行了描述。