De nouveaux capteurs améliorent le contrôle des robots volants

Des petits robots volants, appelés robots de la taille d'insectes volants (FIRs), imitent la façon dont les insectes volent. Ils ont des utilisations potentielles pour des tâches comme rechercher des personnes dans des situations d'urgence, vérifier des usines et détecter des fuites de gaz. Construire ces petits robots est compliqué parce qu'ils ont des ailes qui battent, ce qui rend difficile la mesure de leurs mouvements à cause de leur mécanique compliquée et de l'air qui circule. Pour améliorer leur design et leur contrôle, c'est essentiel de comprendre comment les signaux d'entrée (comme la tension) se rapportent aux mouvements qu'ils créent (comme le couple).

#Le défi de mesurer les mouvements minuscules

Mesurer les petits mouvements des FIRs n'est pas facile. Les capteurs de couple les plus petits disponibles sont trop puissants pour ces petits robots, car ils fonctionnent bien au-dessus de la plage nécessaire. D'autres options, comme les capteurs de couple capacitif, peuvent être chers et n'ont pas été conçus pour ces petits robots. Pour y remédier, un nouveau type de capteur a été développé. Il est assez sensible pour détecter de petits mouvements, en utilisant soit des systèmes de capture de mouvement, soit des accéléromètres que beaucoup d'équipes de robotique utilisent déjà.

#Nouveau design de l'appareil

Le nouveau design de capteur est une amélioration par rapport aux versions précédentes. Il peut mesurer deux types de mouvements, roulis et tangage, en même temps. L'appareil de mesure permet d'analyser comment les FIRs réagissent aux changements de leurs Signaux de contrôle en observant leurs rotations et forces. Ce nouveau capteur est conçu autour du robot et possède des composants spéciaux qui le maintiennent stable pendant qu'il mesure les petites forces agissant sur le robot.

#Caractéristiques clés de l'appareil

L'appareil s'appuie sur des conceptions passées en permettant au robot de tourner sur deux axes qui se croisent au centre de masse du robot. Cela signifie que la Poussée des ailes ne causera pas de perturbations pendant la mesure. L'appareil comprend aussi un conteneur de glycérine pour réduire les mouvements et oscillations indésirables. De plus, il est équipé d'une balance de précision pour peser la force générée par le robot pendant les mesures.

#Aligner le robot pour la mesure

Avant de collecter des données, le robot doit être correctement positionné sur l'appareil. Cette étape est importante pour s'assurer que le centre de rotation est bien aligné avec les axes de mesure. Une fois le robot en place, plusieurs signaux de contrôle lui sont envoyés, et les angles de rotation sont mesurés dans des conditions stables. Ces données aideront à créer une cartographie de la façon dont les signaux d'entrée se rapportent aux mouvements de sortie.

#Travail expérimental avec le robot

Lors des tests, un petit robot spécifique, le UW Robofly, a été utilisé. Ce robot pèse 180 mg et bat des ailes rapidement, à un rythme de 180 fois par seconde. Les expériences avaient pour but de comprendre comment différents signaux de contrôle affectent la capacité du robot à produire de la poussée et du couple, qui sont vitaux pour son vol.

#Préparation pour les expériences

Pour préparer le robot, il a d'abord été testé en vol libre pour trouver les meilleurs réglages de contrôle qui lui permettent de décoller droit sans Rouler ou tangenter involontairement. Après ces tests initiaux, le robot a été placé sur le nouveau dispositif de mesure. Différentes combinaisons de tensions ont été appliquées, et les angles de rotation résultants ont été enregistrés. Cela a fourni une gamme de données nécessaires pour une analyse ultérieure.

#Cartographie des entrées de contrôle aux mouvements

Lors des expériences, diverses tensions ont été testées. Les résultats ont révélé comment les tensions d'entrée pour les Couples de tangage et de roulis se traduisent par de réels mouvements dans le robot. En analysant les données collectées, il a été possible de créer une relation claire entre les signaux de contrôle envoyés et les mouvements produits par le robot.

#Mesures de couple de tangage et de roulis

Les données ont montré que les tensions nécessaires pour générer le couple de tangage et de roulis peuvent être tracées les unes par rapport aux autres, démontrant des motifs cohérents. Plus les tensions d'entrée changeaient, plus la réponse observée du robot était importante. Cette cohérence est essentielle pour développer de meilleurs systèmes de contrôle pour les FIRs à l'avenir.

#Effets du couplage de couple croisé

Une découverte importante lors des tests a été que les mouvements de roulis et de tangage du robot sont principalement indépendants. La recherche a montré qu'appliquer un couple dans une direction n'affectait pas significativement le couple dans l'autre direction. Cette observation soutient l'idée que les FIRs devraient être contrôlés comme si leurs mouvements pouvaient être ajustés séparément, ce qui pourrait simplifier la conception des contrôleurs de vol pour ces robots.

#Mesurer la poussée

Après avoir établi les cartographies de couple, les niveaux de poussée ont également été mesurés à l'aide de l'appareil. Les résultats ont indiqué que, bien qu'il y ait des variations dans la poussée en fonction des signaux d'entrée, les différences étaient relativement petites. Cette découverte suggère que les mouvements des robots peuvent être prévus avec un bon degré de précision basé uniquement sur les signaux de contrôle.

#Vérification des résultats

Pour s'assurer de la fiabilité des données collectées, le robot a été soumis à différents tests. On lui a donné divers signaux d'entrée, et la poussée, le tangage et les mouvements de roulis ont été mesurés en conséquence. La sortie de l'appareil a été comparée aux résultats d'expériences en vol libre, permettant aux chercheurs de confirmer que leurs mesures étaient précises.

#Conclusion

Ce travail introduit une nouvelle méthode pour mesurer comment de petits robots volants réagissent aux signaux d'entrée. L'appareil conçu à cet effet permet une meilleure cartographie des tensions aux mouvements, ce qui est crucial pour améliorer le design de ces robots. En confirmant que les mouvements de roulis et de tangage sont principalement indépendants, cette recherche ouvre de nouvelles pistes pour créer des contrôleurs de vol plus efficaces.

À l'avenir, l'appareil pourrait être encore adapté pour le rendre plus facile à utiliser, peut-être en intégrant des accéléromètres directement dans le système. Bien que les vibrations des ailes qui battent créent actuellement du bruit qui complique les mesures, résoudre ce problème pourrait conduire à une collecte de données encore plus précise. En fin de compte, cette recherche représente un pas significatif vers le déverrouillage du plein potentiel des robots de la taille d'insectes volants dans divers applications pratiques.