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1.2 組成分類

20世紀(jì)90年代,國(guó)內(nèi)外各大科研機(jī)構(gòu)廣泛開(kāi)展了對(duì)微小型無(wú)人系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā),研制了一系列原理性樣機(jī)。微小型無(wú)人系統(tǒng)主要由微小型飛行器、微小型機(jī)器人、微小型水下無(wú)人航行器、微小型衛(wèi)星等組成。

1.微小型飛行器

微小型飛行器的概念是由美國(guó)于20世紀(jì)90年代最先提出的,并進(jìn)行了可行性論證,所研制出的微小型飛行器的特征是,最大尺度維度的尺寸為20cm以下,質(zhì)量在幾百克以下,航程大于10km,最高時(shí)速達(dá)80km/h,最高飛行高度可達(dá)150m,具有導(dǎo)航、通信、成像、電磁干擾等能力。

目前,美國(guó)DARPA正在研究十余種微小型飛行器,包括固定翼、旋翼及撲翼式微小飛行器。

作為微小型飛行器的一個(gè)新概念,“仿昆蟲(chóng)機(jī)器人”在20世紀(jì)90年代初被提出。它是基于對(duì)昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析,按照一種新的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)的。美國(guó)研究如何利用昆蟲(chóng)進(jìn)行偵察,正在研究用遙控器控制昆蟲(chóng)飛行。如果在昆蟲(chóng)身上裝上微型攝像機(jī),則不僅可以實(shí)現(xiàn)偵察,也可以對(duì)人類無(wú)法進(jìn)入的地方進(jìn)行探測(cè)。近期美國(guó)的機(jī)器昆蟲(chóng)已經(jīng)進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。

2.微小型機(jī)器人

微小型機(jī)器人是基于微機(jī)電技術(shù),有擬人功能,可代替人完成任務(wù)的光機(jī)電一體化系統(tǒng),可自主、半自主或通過(guò)人工遙控工作。

(1)微小型固定機(jī)器人

所謂微小型固定機(jī)器人,其實(shí)是一種固定不動(dòng)的感知機(jī)器人,或稱偵察傳感器系統(tǒng)。其外形可做成類似石頭、樹(shù)木、花草的容貌,內(nèi)部裝有微型圖像、紅外、地震、磁場(chǎng)、音響等各種傳感器,可以“東張西望”,探測(cè)出物體的圖像、人體輻射、行走時(shí)地面的振動(dòng)、金屬移動(dòng)物體磁場(chǎng)的變化等。

“智能塵埃”是微小型固定機(jī)器人的一種,配合“微型火箭”懸浮在空氣中,可用于丈量風(fēng)速、氣溫等,特別是災(zāi)難性天氣的物理參數(shù)。

(2)微小型移動(dòng)機(jī)器人

微小型移動(dòng)機(jī)器人主要用來(lái)偵察和探測(cè)。例如,美國(guó)麻省理工學(xué)院研制的“阿蒂拉Ⅰ”型機(jī)器人,質(zhì)量為1.6kg,有32個(gè)電動(dòng)機(jī)、10個(gè)微處理器和150個(gè)傳感器,帶有一臺(tái)微型攝像機(jī)。其6條腿都具有關(guān)節(jié),運(yùn)動(dòng)自如,能越過(guò)障礙。

美國(guó)桑地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在研制一種只有幾毫米大的微小型機(jī)器人,可以做成昆蟲(chóng)或像垃圾一樣的形狀。

3.微小型水下無(wú)人航行器

微小型水下無(wú)人航行器通常是指長(zhǎng)度在米級(jí)范圍,質(zhì)量在幾十千克以內(nèi)的水下無(wú)人航行器,目標(biāo)小、噪聲低、易于接近目標(biāo)。

機(jī)器魚(yú)的概念研究在國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始。與船舶的螺旋槳推進(jìn)方式相比,魚(yú)類的游動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn):

①推進(jìn)效率較高,利用流體能量后,推進(jìn)效率可接近90%;

②加速性好,可在瞬間達(dá)到巡航速度;

③機(jī)動(dòng)性好,可在速度不降低的情況下實(shí)現(xiàn)180°轉(zhuǎn)彎,轉(zhuǎn)彎半徑小于體長(zhǎng);

④噪聲極小。

由于以上原因,對(duì)魚(yú)類的運(yùn)動(dòng)仿生研究在高效推進(jìn)應(yīng)用領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)意義。

4.微小型衛(wèi)星

100~500kg的衛(wèi)星被稱為微小型衛(wèi)星;10~100kg的衛(wèi)星被稱為微型衛(wèi)星;10kg以下的衛(wèi)星被稱為納米衛(wèi)星。其自身通常無(wú)法獨(dú)立完成空間任務(wù),需要依賴分布式的星座或網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)功能。

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