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美國卡內(nèi)基梅隆大學開發(fā)一種系統(tǒng)可使四足機器人能夠靈活地行走在狹窄的平衡木上

2023-08-12 09:15 性質(zhì):原創(chuàng) 作者:Mulan 來源:AGV
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美國卡內(nèi)基梅隆大學(Carnegie Mellon University)的機器人研究所(RI)研究團隊開發(fā)了一項先進技術(shù),該技術(shù)能使現(xiàn)有的四足機器人在狹窄的平衡木上靈活行走。此項技術(shù)或許是此領(lǐng)域首個此類研究...

美國卡內(nèi)基梅隆大學(Carnegie Mellon University)的機器人研究所(RI)研究團隊開發(fā)了一項先進技術(shù),該技術(shù)能使現(xiàn)有的四足機器人在狹窄的平衡木上靈活行走。此項技術(shù)或許是此領(lǐng)域首個此類研究。

扎卡里-曼徹斯特(Zachary Manchester),機器人探索實驗室的負責人以及機器人研究所的助理教授,激動地表示:“這次實驗具有重大意義。以前我認為從未有人成功讓機器人完成過平衡木上行走的挑戰(zhàn)?!?/p>

曼徹斯特和團隊通過借用通常控制太空衛(wèi)星的硬件,消除了四足機器人設計中的現(xiàn)有限制,并增強了其平衡能力。許多現(xiàn)代四足機器人具有一個軀干和四條腿,腿端的圓形腳使其能在平坦表面上行走,甚至爬樓梯。然而,與四足動物(例如獵豹和落水貓)相比,四足機器人缺乏本能的敏捷性。

四足機器人只要三只腳與地面接觸就能避免傾倒。如果只有一只或兩只腳著地,機器人則難以糾正干擾,傾倒風險增加。由于平衡問題,其在崎嶇地形上的行走尤為困難。

曼徹斯特解釋說:“在現(xiàn)有的控制方法下,四足機器人的身體和腿是分離的,不能相互協(xié)調(diào)。我們怎么能改善它們的平衡呢?”

研究團隊的解決方案使用了一種名為反作用輪致動器(RWA)的系統(tǒng),該系統(tǒng)安裝在四足機器人的背部。借助新型控制技術(shù),RWA可以使機器人保持平衡,而不受其腳的位置影響。RWA在航空航天業(yè)中廣泛應用,用于通過操縱角動量對衛(wèi)星進行姿態(tài)控制。

曼徹斯特進一步解釋說:“你基本上有一個連接電機的大飛輪。讓沉重的飛輪朝一個方向旋轉(zhuǎn),就會讓衛(wèi)星朝相反方向旋轉(zhuǎn)?,F(xiàn)在把這個技術(shù)應用在四足機器人上。”

研究團隊在商用Unitree A1機器人上裝了兩個RWA進行原型設計,從而控制機器人的角動量。通過RWA,機器人的腿是否與地面接觸不再重要,因為RWA可以獨立控制機器人身體的方向。

曼徹斯特強調(diào),改變現(xiàn)有的控制框架以適應RWA相對容易,因為硬件不會改變機器人的質(zhì)量分布,并且沒有尾巴或脊柱的關(guān)節(jié)限制。沒有這些限制,硬件就可以像陀螺儀一樣建模,并集成到標準的模型預測控制算法中。

該研究團隊通過一系列成功的實驗測試了他們的系統(tǒng),證明了機器人從突然撞擊中恢復的能力得到了增強。他們在模擬實驗中模擬了經(jīng)典的“落貓”問題,將機器人從近半米的高度倒掛下來。RWA使機器人能夠在半空中調(diào)整方向,雙腳著地。在現(xiàn)實操作中,他們通過讓機器人沿著6厘米寬的平衡木行走的實驗,展示了機器人從干擾中恢復的能力和系統(tǒng)的平衡能力。

曼徹斯特預測,隨著人們對增強四足機器人穩(wěn)定能力的持續(xù)努力,使之與激發(fā)其設計靈感的四足動物的本能相匹配,四足機器人未來可能會像10年前的無人機一樣,從主要的實驗室研究平臺過渡到廣泛的商業(yè)用途產(chǎn)品。四足機器人有望在搜救等高風險場景中得到應用。

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