Fledermaus Roboter

Bio-inspiriertes intelligentes Mikro-Luftfahrzeug

BatMav

Die meisten Luftfahrzeuge basieren auf dem Betrieb klassischer Robotik Aktoren, wie z. B. Servomotoren, wodurch die Struktur des Fahrzeugs gezwungen ist, sich an diese anzupassen. Darüber hinaus benötigt ein Servomotor Antrieb ein komplexes Getriebesystem zur Übertragung und Änderung der Bewegung, was ebenfalls Platz benötigt und das Gewicht der Struktur erhöht. Diese Forschungsarbeit zielt darauf ab, ein Fahrzeug zu entwickeln, das seine Form nicht beeinträchtigt, um herkömmliche Aktuatoren zu implementieren, sondern intelligente Materialien als Aktuatoren verwendet, um eine größtmögliche Ähnlichkeit mit dem von der Natur vorgegebenen Biomodell zu erreichen. Das ingenieurtechnisch beste Modell aus der Natur stammt von den Fledermäusen, für deren Flugsteuerung bei niedrigen Flügelschlagfrequenzen.

Erstellung eines fledermausförmigen Prototyps, der ein unkonventionelles Antriebssystem darstellt. Durch die Verwendung von SMA- und DE-Materialien, kann das von der Natur vorgesehenen Muskelsystem so ähnlich wie möglich nachempfunden werden.

Fledermausförmiges Design in Mikrogröße
Unkonventionelle nachgiebige Gelenke
Unkonventioneller Kunstmuskel mit SMA-Draht
Kann mit den Flügeln schlagen

Der Prototyp wird dank der innovativen nachgiebigen Gelenke vollständig im 3D-Druckverfahren hergestellt, ohne dass Lager- oder andere Metallteile verwendet werden müssen. Dies ermöglicht ein schnelles und kostengünstige Prototypisierung. Außerdem kann der Roboter mit einer Hand gefaltet werden, ohne zu brechen. Das SMA verhält sich sehr ähnlich wie die Muskeln in der Natur. In Zukunft sollen ein größerer Freiheitsgrad implementiert werden, wobei auch intelligente DE-Membranen für die Flügel verwendet werden.

Aereodynamik
Modellierung
Überwachungsrobotik

Prof. Stefan Seelecke
Neuer Entwurf: Domenico Bevilacqua

Erster Versuch

Aktueller Entwurf des Fledermaus Demonstrators

Nahaufnahme der Gelenke. Die Bewegung entsteht durch Formgedächnislegierungen

BATMAV: A biologically-inspired micro-air vehicle for flapping flight - Kinematic modeling - art. no. 69282F

Conference: ASME 2020 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems

The overall objective of the BATMAV project is the development of a biologically inspired bat-like Micro-Aerial Vehicle (MAV) with flexible and foldable wings, capable of flapping flight. This first phase of the project focuses particularly on the kinematical analysis of the wing motion in order to build an artificial-muscle-driven actuation system in the future. While flapping flight in MAV has been previously studied and a number of models were realized using light-weight nature-inspired rigid wings, this paper presents a first model for a platform that features bat-inspired wings with a number of flexible joints which allows mimicking the kinematics of the real flyer. The bat was chosen after an extensive analysis of the flight physics of small birds, bats and large insects characterized by superior gust rejection and obstacle avoidance. Typical engineering parameters such as wing loading, wing beat frequency etc. were studied and it was concluded that bats are a suitable platform that can be actuated efficiently using artificial muscles. Also, due to their wing camber variation, they can operate effectively at a large range of speeds and allow remarkably maneuverable flight. In order to understand how to implement the artificial muscles on a bat-like platform, the analysis was followed by a study of bat flight kinematics. Due to their obvious complexity, only a limited number of degrees of freedom (DOF) were selected to characterize the flexible wing’s stroke pattern. An extended analysis of flight styles in bats based on the data collected by Norberg and the engineering theory of robotic manipulators resulted in a 2 and 4-DOF models which managed to mimic the wingbeat cycle of the natural flyer. The results of the kinematical model can be used to optimize the lengths and the attachment locations of the wires such that enough lift, thrust and wing stroke are obtained.