圖：西雅圖華盛頓大學的一個(ge) 小組展示了一個(ge) 兩(liang) 翼機器人

　　在近日的 Nature 雜誌上，由 Robert J. Wood 教授領導的哈佛大學微機器人實驗室（Harvard’s Microrobotics Lab）展示了一個(ge) 四翼版本的 RoboBee 平台，並成功實現無束縛飛行。

　　就外觀而言，該飛行器有兩(liang) 大特色：一對額外的翅膀（四翼）和頂部的太陽能電池。它可以在短時間內(nei) 不受束縛地飛行。

　　圖：四翼飛行器 RoboBee（來源：哈佛微型機器人實驗室）

　　四翼飛行器 RoboBee 長 5 厘米，重 259 毫克。頂部是太陽能電池，底部是驅動電路，它可以把太陽能電池板的電壓提高到 200 伏，這一工作電壓可使翅膀振動頻率達到 200 赫茲(zi) 。現在的結構，可以避免太陽能電池板受到機翼氣流的影響，同時又能讓機器人的整體(ti) 重心保持在機翼所在位置。該飛行器不需要任何控製，對於(yu) 持續時間不到一秒的非常短的開環飛行，它可以足夠穩定。

　　四翼 VS 兩(liang) 翼

　　2013 年，Robert J. Wood 實驗室的一些人，包括當時的博士後 Sawyer Buckminster Fuller，在 Science 雜誌上發表了一篇論文，介紹了一種基本上可控的蜜蜂機器人 RoboBee。第一代蜜蜂機器人設計得非常像蜜蜂，由兩(liang) 個(ge) 蜜蜂翅膀大小的機翼驅動。起初，研究人員認為(wei) ，蜜蜂可以用兩(liang) 隻翅膀做很多事情，那麽(me) 為(wei) 什麽(me) 機器人不能呢？

　　圖：哈佛大學初代 RoboBee（來源：哈佛微型機器人實驗室）

　　從(cong) 那以後，又出現了好幾代蜜蜂型機器人，後來事實證明，兩(liang) 機翼小飛行機器人之所以不能做蜜蜂所做的事情，原因有很多。至少就目前而言，偏航控製等問題就有些棘手，這也是為(wei) 什麽(me) 使用四個(ge) 機翼而不是兩(liang) 個(ge) 的原因之一。

　　具體(ti) 來說，研究人員發現很難控製兩(liang) 翼微型機器人的旋轉或偏航。相較而言，四個(ge) 翅膀使得控製三個(ge) 軸的方向非常簡單。通過控製不同速度和振幅的翅膀振動，飛行機器人可以實現偏航、俯仰和翻轉。當正常翅膀振動的頻率保持在 160 赫茲(zi) 左右。在一個(ge) 方向上減小機翼振幅，然後在另一個(ge) 方向增大振幅，這樣可以保持頻率不變，但實現偏航。

　　（來源：華盛頓大學）

　　在四翼機器人的設計中，橫（x）軸和縱（y）軸轉向是通過改變相對機翼的振幅來實現的；驅動豎（z）軸（“轉向”）是通過改變相對於(yu) 另一個(ge) 方向的速度來實現的。壓力中心的近似位置用左上角的一個(ge) 點表示；它到機器人質心的距離由 rcp 給出，箭頭表示四個(ge) 翅膀每一個(ge) 的近似振幅值。

　　今年，在機器人領域頂級會(hui) 議 ICRA 也有一些令人印象深刻的研究，它們(men) 表明用兩(liang) 個(ge) 翅膀控製偏航也是可能的。但是，這麽(me) 小的微型機器人，尤其是飛行機器人，還有一個(ge) 問題是電池能量儲(chu) 存。飛行器需要大量的動力起飛，並在空中飛行，這意味著需要一個(ge) 相對大的電池提供較長時間的電力，這會(hui) 讓飛行器更重。這就是四翼飛行機器人的另一個(ge) 優(you) 勢了，額外的翅膀意味著有更大的力量，可攜帶更多的東(dong) 西。而且，有了更大的舉(ju) 升力，就有了攜帶控製單元的能力，也就有可能實現一隻完全獨立的飛行機器人。當然，它看起來可能會(hui) 有點怪異。

　　太陽能驅動 VS 激光驅動

　　需要指出的是，這並不是我們(men) 所見過的第一個(ge) 能自主飛行的有翼飛行機器人。去年在 ICRA，西雅圖華盛頓大學的一個(ge) 小組展示了一個(ge) 兩(liang) 翼機器人，當激光對準它的光感電池時，它就能起飛。

　　2018 年，在澳大利亞(ya) 布裏斯班舉(ju) 行的IEEE機器人與(yu) 自動化國際會(hui) 議上，來自華盛頓大學的機器人專(zhuan) 家展示了兩(liang) 翼機器人 RoboFly，這是一個(ge) 昆蟲大小的激光驅動撲翼機器人，它進行了第一次(非常短暫的)不受約束的飛行。

　　（來源：華盛頓大學）