Анализи / Техн. решения

Роботът-птица СмартБърд

Как инженерите от XXI-век реализираха мечтата на най-великите умове на древността да възпроизведат птичи полет? Научете само в Инженер.bg какви са жизненоважните „органи“ в тялото на инженерната чайка, тежаща 450 g, която е свидетелство за безкрайността на човешкото въображение!

Мечтата да летим е от древността
Изяществото и лекотата, с която птиците летят са будили възхищението на хората от древни времена. Неслучайно полетът на птиците се асоциира със свободата. Не един и двама легендарни изследователи са мечтали да възпроизведат  птичи полет. Достатъчно е да припомним мита за Дедал и Икар. През XV-ти век, Леонардо да Винчи проектира модели с размахващи се криле, базирани на птиците. Четири века по късно, немският изобретател Ото Лилиентал анализира изкуството на летежа на морските чайки. Той изработва конструкции, наподобяващи съвременните планери, които дават мощен тласък за развитието на авиацията.
 През 1882 г. френският физиолог и изобретател Етиен-Жул Маре първи идентифицира дванадесетте фази от птичия полет в рамките на една секунда. Възстановяването на тази последователност от движения осигурява прецизна информация за конструирането на летящи машини.

Летящата чайка СмартБърд
Обект на този редакционен материал е едно уникално инженерно творение, породено от човешката мечта за свобода. То е свидетелство за познанията на съвременните инженери и за безкрайността на човешкото въображение. И въпреки, че разработката е на екип от инженери на FESTO, постижението е за всички нас!
Проектът, наречен СмартБърд (SmartBird) е завършен през миналата – 2011 г. Той включва създаването на роботизиран модел на летяща птица с тегло 450 грама. За прототип е използвана морска чайка, на която СмартБърд удивително наподобява не само като външен вид, но и като поведение. СмартБърд излита от ръката на инжера, лети грациозно и се каца като истинска. Конструирането на птицата е огромно постижение за биониката и кибернетиката.

За органите в тялото на инженерната птица
Нека да разгледаме технически какво представлява СмартБърд. Основните жизненоважни органи в тялото на СмартБърд са: батерия, двигател, трансмисия, коляно-мотовилков механизъм и управляващата електроника. Ролята на гръбнак се изпълнява от тръба, изработена от (карбон). Към нея са захванати носещите елементи на главата, корпуса и окачването на крилата. Крилата се задействат от двигател с импулсно управление. Чрез сензори се определя точната позиция на крилете по всяко време, така че силата, създадена от тяхното движение и ъгъла на усукването им могат да бъдат прецизно регулирани. Размахът на крилете на СмартБърд е 2,00 m, а мощността на задвижването е 23W. Енергията за двигателите се осигурява от литиево-полимерен акумулатор с напрежение 7,4 V и капацитет  450mAh.
Коляно-мотовилковия механизъм на СмартБърд няма мъртва точка, благодарение на което птицата лети като истинска морска чайка, с плавни и равномерни движения на крилете. Корпусът й има способността да се извива аеродинамично. Опашната секция на птицата действа едновременно като хоризонтален стабилизатор и кормило. По този начин се увеличава нейната подемна сила. Във фазата на праволинеен полет кривината на извивката на опашната секция служи за стабилизиране на птицата.

Птицата се адаптира за части от секундата
Движението на крилата на СмартБърд е взаимствано изцяло от характерното за морската чайка. Крилата, съдържащи две секции – вътрешна и външна, те се движат нагоре и надолу и тяхната амплитуда расте от тялото към върховете на крилата. Това движение се предава чрез шарнир. Едновременно с това крилете се усукват нагоре, тъй като постигането на оптимален ъгъл на атака е от решаващо значение. Размахването и синхронизирането на усукването се управляват от сервомотор.
По този начин, вътрешната секция на крилете генерира подемна сила, а външната секция създава необходимата двигателна тяга за движението напред. Това активно шарнирно задвижване и усукване е уникално за СмартБърд, тъй като комбинира две движения в една функция. В СмартБърд има два броя цифрови сервозадвижвания за усукването на крилете и още по едно за завъртане на главата и на опашната секция на птицата.
На вградената в корпуса електроника са възложени важни задачи. Една от тях е да изчислява оптималните настройки на серводвигателите, контролиращи усукването на крилете. То е синхронизирано с размахването посредством сензори. В допълнение положението на крилете и усукването им може да бъде управлявано чрез радио-сигнал, и то да бъде оптимизирано в реално време. По този начин СмартБърд може лесно да се адаптира към нови ситуации за части от секундата, при това с изключително висока ефективност. Управлението е поверено на 32-битовия едночипов микрокомпютър LM3S811. Той работи на 50 MHz и има 64kB флаш памет и 8 kB РАМ.
Тялото на СмартБърд е изработено от екструдиран пенополиуретан, а носещите елементи (структурата) е изпълнена от изключително леки материали с въглеродни нишки.

Редакцията на Инженер.bg благодари на колегите от ФЕСТО EООД за съдействието при подготовката на този материал.

Още от КИП и А