2019年8月20-25日，全球領先的工業(yè)自動化和教學培訓企業(yè)Festo將亮相世界機器人大會(展位號：A210)。這是Festo第四次參加世界機器人大會，每年Festo展臺都會帶來精彩的仿生表演。今年Festo飛行家族成員智能飛鳥以及水下機器人仿生水母，將親臨現(xiàn)場，揭秘超輕型飛行機器人的飛行奧秘以及水下機器人的神秘世界。此外，F(xiàn)esto還將展示數(shù)字化產品墻、革命性的數(shù)字化氣動技術數(shù)字控制終端(VTEM)、節(jié)能模塊等Festo最新的數(shù)字化產品和解決方案。
在Festo，自然和技術是一個不可分割的整體。自20世紀90年代初以來，F(xiàn)esto在仿生學領域投入了大量精力，回顧Festo 25年的企業(yè)仿生學歷史，是一個研究自然的時代，一個豐富經(jīng)驗的時代，一個自動化領域技術飛速發(fā)展的時代。Festo 與多所著名高校、研究所和研發(fā)公司聯(lián)手，致力于將自然基本原理應用到自動化技術領域。
具有團隊合作精神的螞蟻機器人，像章魚一樣的機器人手臂，帶吸盤的抓握觸手，成群結伴起舞的蝴蝶，帶仿生翼膜的蝙蝠，具有敏銳觸感的氣動機械臂，人工智能的仿生工位，用思維控制的機器，過去的25年，F(xiàn)esto仿生團隊完成了抓取、空氣和水運動以及氣動機器人技術領域的多項仿生項目。掌握技術的復雜性、開拓未來的業(yè)務領域并以負責任的方式塑造未來自動化。仿生學為未來自動化創(chuàng)造了新的解決方案空間，揭示了生物如何滿足不斷變化的條件和智能進化策略如何轉化為一個高效的自動化——適者生存。我們的仿生學家開辟了未來的商業(yè)領域，并指出，可以通過仿生學研究來戰(zhàn)勝日益增長的技術復雜性。流程數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0是當前自動化領域的主要發(fā)展趨勢。
優(yōu)雅的水中舞者——仿生水母AquaJellies 2.0
此次亮相機器人大會的仿生家族成員之一的仿生水母，模仿自然界中水母的運動方式，優(yōu)雅自如地在水中翩翩起舞。
仿生水母是一個高度集成的輕量化模型，由一個透明的半球、一個中央防水機身以及八條用于推進的觸手組成。仿生水母的透明半球內安裝了環(huán)形控制板，集成了光電、壓力和無線電傳感器。通過處理器監(jiān)控推進方向。防水機身位于仿生水母的中心，里面安裝了中央電驅動單元、兩塊鋰電池和旋轉盤的伺服電機。電驅動單元可以驅動防水機身頂部和底部安裝的兩個傳動盤，并由傳動盤上的菱形關節(jié)帶動水母的八只觸手運動。
仿生水母有智能化的自適應機構，集成了通信和傳感器技術以及實時診斷功能，實現(xiàn)多個水母在有限空間內的協(xié)調集體行為。每個水母自主確定推進系統(tǒng)方向的下一步取決于電池電量的狀態(tài)以及與其他水母的距離。通過一個應用程序便可顯示并跟蹤每個水母的當前狀態(tài)，實現(xiàn)實時診斷。
作為制造和加工行業(yè)的全球合作伙伴，F(xiàn)esto 的核心競爭力在于面對未來的生產和工作環(huán)境尋求新的解決方案。借助仿生水母，F(xiàn)esto展示了水處理行業(yè)未來高效系統(tǒng)的潛力與理念。過程監(jiān)控和狀態(tài)監(jiān)控在所有設備與過程工業(yè)中是十分重要的主題，在水處理技術中也不例外。自我組織功能已經(jīng)在今天的水處理技術中得以應用，例如從多個分散的雨水儲水池中將收集的雨水引進集中的污水凈化設備中。狀態(tài)監(jiān)控實現(xiàn)了高效的操作、保養(yǎng)和維修。借助持續(xù)的實時數(shù)據(jù)傳輸和診斷功能，可以從污水處理廠的遠程控制中心對整個工廠進行控制和監(jiān)控。如果將仿生水母中的信息結構原理應用于雨水儲水池的控制系統(tǒng)，分散單元狀態(tài)監(jiān)測的持久校準等通信功能將成為可能。在未來的工廠中，信息和通信技術將與傳統(tǒng)工業(yè)流程相融合，而仿生水母的出現(xiàn)已經(jīng)成為這類整體互聯(lián)系統(tǒng)的最好說明。
破譯鳥類飛行——智能飛鳥Smartbird
從銀鷗中汲取靈感，利用從仿生學習項目“空中鰩魚”和“空中企鵝”中獲得的經(jīng)驗， Festo首次解密鳥類飛行原理，成功地將高能效的技術與自然模型相結合。本次大會，智能飛鳥將再次來到中國北京，與現(xiàn)場觀眾們親密互動。
自然界中沒有浪費，所有能量使用都最大化。智能飛鳥的外形和輕量化碳纖維結構經(jīng)過優(yōu)化，是運動節(jié)能和節(jié)省材料使用的典范。僅通過怕打翅膀就能前進和爬升，功耗僅為25瓦。它是一種高性能、超輕型飛行模型，總重量約為450克，翼展2米。
鳥類飛行的奧秘在于鳥翼的主動扭轉。主動扭轉將空氣動力效率從 30%(被動扭轉)提高到了 80%。智能飛鳥與眾不同的特性就在于它的翅膀可主動扭轉，無需使用額外爬升裝置，僅憑撲翼便可進行自主起飛、飛行、滑翔和降落， 具有優(yōu)秀的空氣動力學性能和最大的飛行靈活性。
由于關節(jié)式主動扭轉驅動需要拍打動作和扭轉動作精確協(xié)調，因此受到不間斷全方位監(jiān)控。智能飛鳥的軀干中安裝了電池、馬達、傳動機構、曲軸機構以及控制和調節(jié)性電子元件。通過雙向無線電通信傳送(即 ZigBee 協(xié)議)電池電量、功耗和操作員的輸入數(shù)據(jù)等工作參數(shù)，以便監(jiān)控翅膀的位置和扭轉。在飛行過程中，不僅可以持續(xù)記錄智能飛鳥的翅膀位置和扭轉數(shù)據(jù)，還可以實時調整并優(yōu)化扭轉控制參數(shù)，從而確保飛行的穩(wěn)定性，保證飛行的安全。
受到仿生成果技術轉化的啟發(fā)，F(xiàn)esto早在過去就已經(jīng)開發(fā)了得到行業(yè)認可的產品，更注重節(jié)能和節(jié)省資源。我們正試圖將能源效率和輕質結構等方面的知識應用到 Festo 或客戶的產品上，為合作伙伴提供更高效的產品和解決方案。Festo已結合氣缸和直線電驅的優(yōu)勢開發(fā)了混合驅動器，實現(xiàn)了快速、高精度的直線電驅動器技術。智能飛鳥中用于直線和旋轉動作的耦合驅動技術可用于水力發(fā)電機(即所謂的翼沖程發(fā)電機)以及過程自動化中的新型驅動器。
從仿生概念到批量產品
抓取這項技能一直在仿生學習網(wǎng)絡中扮演著重要角色。大自然常常為工業(yè)應用提供令人驚嘆的創(chuàng)意與全新的解決方案。在Festo跨學科研究網(wǎng)絡中已開發(fā)出多種仿生抓取應用，其中兩項已經(jīng)進一步發(fā)展為批量產品。
自適應抓手手指DHAS的設計基于魚尾鰭令人驚嘆的行為特性。如果按壓鰭片的側面，尾鰭會朝壓力點彎曲，而不是遠離壓力點。開發(fā)人員通過兩個利用中間橋板相互連接的柔性聚氨酯膠帶，在技術上實現(xiàn)了魚鰭效應FinRay Effect?。無論是平行還是居中排列：抓手手指堅固且柔性，可在抓取時輕松適應工件的外形，進行自動調節(jié)。這樣可以輕柔且牢固地抓住具有不規(guī)則表面的易損物體。DHAS已經(jīng)在食品工業(yè)中得到了應用，如水果及蔬菜分類。
另一個自適應抓手DHEF，它的工作原理和變色龍舌頭一樣。為了捕獲獵物，變色龍可以讓它的舌頭像橡皮筋一樣突然彈出。在它的舌頭觸到昆蟲之前，舌頭中央向后拉伸，而邊緣繼續(xù)向前移動。由此，變色龍的舌頭可匹配各個獵物的外形和大小，并且可以牢固包裹。DHEF抓手的重要組成部分是一個仿照變色龍的舌頭設計的、略微過壓填充的硅膠帽蓋，可根據(jù)物體外型靈活地進行翻轉，由此包裹并抓取物體。通過使用比例閥進行相應控制，可實現(xiàn)對多個物體的抓取，例如盒子中的螺絲。
仿生互動型教育Bionics4Education
Festo于2006年建立了仿生學學習網(wǎng)絡，與知名大學、研究部門和小型創(chuàng)新公司合作。借助仿生學習網(wǎng)絡，F(xiàn)esto利用“仿生”方法解決自動化行業(yè)的問題。仿生學習網(wǎng)絡與Festo教學培訓部(Festo Didactic)的創(chuàng)新流程緊密相連，體現(xiàn)了我們對技術教育和培訓的承諾。
Festo創(chuàng)建仿生學習網(wǎng)絡的目標不僅包括從自然中學習，更是要激發(fā)年輕一代對技術的熱忱。Bionics4Education項目是為未來的工程師量身打造的互動型教育理念。借助互動型教育理念中包含的數(shù)字化學習環(huán)境與學習套件，學生們可以創(chuàng)造性地制作仿生樣本。Festo研發(fā)的Bionics Kit仿生學習套件，將仿生技術帶進課堂。仿生學習套件將動手操作工具和數(shù)字教學平臺結合。學生們可以利用仿生學習套件的核心組件、微控制器、伺服電機搭配不同的配件拼裝成魚、象鼻子和變色龍的舌頭。仿生學習套件的概念不局限于這三種仿生機器人的組裝，而是啟發(fā)思考更多可能性。鍛煉學生們的創(chuàng)造力、創(chuàng)新力、與解決問題的能力。所有教學材料均在Festo教學培訓部(Festo Didactic)教育專家的幫助下，為教育學與教學領域內的應用量身定做。
本屆機器人大會，您將有機會在Festo展臺參與Bionics Kit仿生學習套件的趣味互動。共同探索更多仿生技術奧秘。
除了精彩的仿生表演和互動，作為工業(yè)自動化領域的領先企業(yè)，F(xiàn)esto也將帶來最新的工業(yè)自動化應用展示，包括氣動領域的革新產品，世界上首個由APP控制的閥，F(xiàn)esto數(shù)字控制終端VTEM;Festo能源效率解決方案;以及全新的數(shù)字化產品及行業(yè)解決方案。
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