Yeni RoboFalcon 2.0, gerçek uçuşlarda doğrulanan FSF döngüsüyle biyomimetik robot bilimini geliştiriyor

China’deki Xi’an’da bulunan Northwestern Polytechnical University’ten araştırmacılar, kuşlarda ve yarasalarda gözlemlenen uçuş modellerini yeniden üreterek otonom olarak havalanabilen bir robot olan RoboFalcon 2.0’ı tanıttı. Prototip, kanatların çırpılmasını, süpürülmesini ve katlanmasını sürekli bir döngüde birleştiren ve düşük hızlarda hassas kontrole olanak tanıyan bir mekanizma kullanıyor.

Bu yenilik, önceki tasarımların kalkış için dış yardıma veya sınırlı yavaş manevralara dayandığı biyomimetik hava robotlarındaki tarihi zorlukları çözüyor. Laboratuvarda ve rüzgar tünelinde gerçekleştirilen Testes, sistemin çeşitli koşullarda etkinliğini doğruladı.

• Sabit yörüngeye sahip bağlı uçuş yeteneği.
• Pitch kontrolü için bağımsız genlik ayarı.
• 7,5 Hz’e kadar ayarlanabilir vuruş frekansı.

Prototipin teknik özellikleri

RoboFalcon 2.0 yaklaşık 800 gram ağırlığında ve 1,2 metre kanat açıklığına sahip. Merkezi tahrik sistemi, hareketin kanatlara iletilmesinden sorumlu, konik bir külbütör mekanizmasına bağlı tek bir motor kullanır.

Kanatlar, döngüler sırasında esneklik sağlayacak şekilde polyester membranla kaplanmış üç parçaya bölünmüştür. Mecanismos ayrıştırma, yavaş uçan kuşlarınkine benzer eğimli vuruş düzlemleri oluşturarak, bükülme ve süpürmede bağımsız varyasyona izin verir.

Entegre FSF hareket modeli

Flap-süpürme-katlama döngüsü, her vuruşta üç temel eylemi birleştirir. Durante Aşağı vuruş, ileri ventral hareket kaldırma kuvvetinin çoğunu oluştururken, geri çekilen yukarı vuruş aerodinamik sürtünmeyi en aza indirir.

Süpürme 5 ila 25 derece arasında değişir ve atış momentini kontrollü bir şekilde modüle eder. Daha büyük Amplitudes, ön uç girdabını güçlendirerek düşük hızlarda performansı artırır.

Kanatların katlanması döngünün aktif olmayan aşamalarında stabiliteye katkıda bulunur. Essa entegrasyonu hassas havada asılı kalma manevraları ve yönlendirilmiş uçuşa geçiş sağlar.

Rüzgar tünelinde yapılan testler

Açık bir rüzgar tünelinde yapılan deneylerde prototip, saniyede sıfırdan 7 metreye kadar hızlarda değerlendirildi. Altı bileşenli yük hücresine sahip Medições, daha büyük tarama genliğiyle ortalama kaldırmada tutarlı bir artış kaydetti.

Sıvı itme kuvveti farklı vuruş frekanslarında sabit kaldı. Yüksek hızlarda atış momenti pozitif hale geldi ve bu da yeterli kontrolün göstergesiydi.

Sonuçlar standart sapmaların azaldığını gösterdi ve bu da ölçümlerin tekrarlanabilirliğini doğruladı.

Akışkanlar dinamiği simülasyonları

Navier-Stokes denklemlerine dayanan hesaplamalı analizler, maksimum tarama konfigürasyonlarında ön uç girdabın güçlendiğini tespit etti. Basınç merkezi öne doğru hareket ederek aerodinamik moment kolunu genişletti.

Kanat yüzeylerindeki basınç dağılımları hücum kenarında geniş alçak basınç bölgelerini ortaya çıkardı. Esses olgusu, yavaş uçuş sırasında kaldırma kuvvetinde gözlemlenen kazanımları açıklamaktadır.

Simülasyonlar, yeniden yapılandırılabilir mekanizmanın düşük hız senaryolarındaki verimliliğini doğruladı.

Kalkış sürecinde kontrol

Dinamik simülasyon modelleri, otonom kalkışı analiz etmek için PID kontrolünü uyguladı. Kanat taramasındaki Ajustes, saniyede 3 metrenin altında havada asılı dururken sabit eğimi korudu.

Farklı ölçeklerde sistem, taleplerle orantılı kontrol kapasitesi gösterdi. Resultados, sapmaları önlemek için daha yüksek hızlarda dengeleme ihtiyacını gösterdi.

Laboratuvarda doğrulanan gerçek uçuşlar

15 metrelik bir yarıçap içindeki bağlı testler, harici yardım olmadan kalkışı doğruladı. Standart ağırlık merkeziyle yörünge S şeklinde bir yol izleyerek 7 Hz hızla saniyede 4 metrelik maksimum hıza ulaştı.

Ağırlık merkezinde yapılan önceki ayarlama, eğim dengesizliği olmadan saniyede 6 metreye kadar hızlanmaya olanak tanıyordu. Yoğun manevralar sırasında Consumo gücü 400 watt civarına ulaştı.

Önceki sürümlerle karşılaştırıldığında evrim

Seyir uçuşlarıyla sınırlı olan 2021 modelinin aksine RoboFalcon 2.0, düşük hızlı operasyon için özel yeniden yapılandırmalar içeriyor. Böceklerden ilham alan Designs genellikle omurgalılarda gözlemlenen modellerden farklı olarak benzersiz serbestlik dereceleri kullanır.

Yeni prototip, aktif ve aktif olmayan aşamaları entegre bir şekilde koordine ederek tarihsel sınırlamaları ele alıyor. Enerji verimliliği kuş ölçeğinde zorlu olmayı sürdürüyor ancak gelişmeler, yaklaşımı pratik uygulamalar için uygun hale getiriyor.

China adresindeki geliştirme bağlamı

Araştırma, havacılık mühendisliği geleneğiyle tanınan Shaanxi eyaletinin Xi’an bölgesindeki Northwestern Polytechnical University’de gerçekleştirildi. Sorumlu ekip, gelişmiş mekanik ve elektronik bileşenleri entegre ederek önceki prototiplerden mekanizmalar geliştirdi.

RoboFalcon 2.0, kurumu havadan biyomimetik robot biliminde referans olarak konumlandırıyor. Sonuçlar, özerklik ve uçuş verimliliğinde gelecekteki iyileştirmeler için perspektifler açıyor.