Delta機(jī)器人在許多類型的應(yīng)用中變得越來越流行，因為它們速度快，占地面積小，并且具有大的工作范圍。除了裝配應(yīng)用，例如粘合劑分配和螺絲擰緊，機(jī)器還可以進(jìn)給，拾取，放置，堆疊和裝配各種零件和部件。

在過去的十年中，工程師們開發(fā)出越來越小的三角洲機(jī)器人，用于有限工作空間的任務(wù)。但是，使用傳統(tǒng)的制造技術(shù)和部件將它們進(jìn)一步縮小到毫米級已經(jīng)證明是徒勞的。

哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所的一個學(xué)生團(tuán)隊成功應(yīng)對了這一挑戰(zhàn)。通過將微加工技術(shù)與可以結(jié)合彎曲接頭和彎曲執(zhí)行器的高性能復(fù)合材料相結(jié)合，他們最近創(chuàng)造了一個大小便宜的機(jī)器人。

milliDelta可以高速，力和微米精度運(yùn)行。它的尺寸為15×15×20毫米，總質(zhì)量為430毫克。

“milliDelta是三角形機(jī)器人的毫米級版本，”Wyss研究所的研究員Hayley McClintock說。“我們使用印刷電路微機(jī)電系統(tǒng)，層壓板制造技術(shù)和哈佛微機(jī)器人實驗室開發(fā)的高功率密度壓電執(zhí)行器來縮小尺寸。

“[壓電致動器使milliDelta]能夠以比其他現(xiàn)有三角洲機(jī)器人高15至20倍的頻率進(jìn)行運(yùn)動，”McClintock稱。

“我們對工業(yè)級三角洲機(jī)器人的速度和精度印象深刻，并認(rèn)為這些品質(zhì)可能對毫米級應(yīng)用有益，”McClintock解釋道。“此外，我們知道速度等理想的質(zhì)量會提高，因為較小的尺寸會產(chǎn)生較低的慣性，從而實現(xiàn)更高的加速度。

“milliDelta設(shè)計采用復(fù)合層壓結(jié)構(gòu)，嵌入式彎曲接頭，接近大型三角洲機(jī)器人中更復(fù)雜的接頭，”McClintock指出。“在組裝夾具的幫助下，這種層壓板可以精確地折疊(如彈出書和折紙)到毫米級三角洲機(jī)器人中。”

該復(fù)合材料由剛性碳纖維層和柔性聚酰亞胺層組成。使用熱和壓力活化的片狀粘合劑將這些層粘合在一起。致動器也是復(fù)合層壓板，由夾在帶相反電荷的壓電陶瓷板之間的中心導(dǎo)電碳纖維層制成。

“為了開發(fā)毫米級機(jī)器人，我們用旋轉(zhuǎn)鉸鏈的組合取代了傳統(tǒng)零件，例如銷釘和萬向節(jié)，”McClintock解釋道。“同樣，我們設(shè)計了一種傳動聯(lián)動系統(tǒng)，將壓電執(zhí)行器的線性輸出轉(zhuǎn)換為毫米級的旋轉(zhuǎn)輸入，而不是使用受到顯著摩擦損失阻礙的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。”

根據(jù)McClintock的說法，機(jī)器人可以在7立方毫米的工作空間內(nèi)運(yùn)行。它的有效載荷能力為1.3克。機(jī)器人可以達(dá)到75赫茲的頻率，速度和加速度分別為每秒0.45米和22克。

“milliDelta可以施加力和展示軌跡，連同其高頻率，可以使其成為工業(yè)拾放過程中微操作的理想選擇，”McClintock說。“[其他潛在的應(yīng)用包括]微觀外科手術(shù)，例如在人眼上進(jìn)行的視網(wǎng)膜顯微外科手術(shù)。

“由于其高精度和高速度，milliDelta可用于需要精確小工作空間和快速移動的任務(wù)，”McClintock聲稱。“我們探索的一些例子是顯微手術(shù)的震顫補(bǔ)償。

“milliDelta有可能將手震減少約81%，”McClintock補(bǔ)充道。“將這一結(jié)果與其緊湊的外形相結(jié)合，我們相信我們的機(jī)器人可以用作顯微外科設(shè)備的末端執(zhí)行器或需要穩(wěn)定手的裝配操作。”