波士頓動力通過操作機(jī)器人的四肢部位讓其本身在表面上處于動態(tài)平衡,通過機(jī)器人可以動態(tài)的控制腿,使得反作用力允許機(jī)器人保持支撐整個身體的平衡,更加接近于真人的實(shí)際動作!
集微網(wǎng)消息,近日,一則波士頓動力機(jī)器人的對比視頻在微博上流傳。該視頻畫面分為兩部分,左邊是10年前波士頓動力機(jī)器人訓(xùn)練的畫面,右邊是10年后波士頓動力機(jī)器人訓(xùn)練的畫面。
10年前的波士頓動力機(jī)器人還需要通過懸掛繩索來在傳送帶上行走,而且還步履蹣跚。10年后的波士頓機(jī)器人已經(jīng)不需要輔助設(shè)備就可以輕松自如地完成各種即使是普通人也難以完成的精細(xì)活動和大肢體動作,無論是下腰、打滾、倒立乃至前空翻、后空翻都非常的穩(wěn)妥。
波士頓動力在機(jī)器人領(lǐng)域取得了非凡的成就,而可以使得機(jī)器人如此靈活甚至在某些程度上超越了大部分普通人的原因,離不開波士頓動力為機(jī)器人設(shè)計(jì)的動態(tài)平衡系統(tǒng),尤其是對于二足機(jī)器人而言,良好的動態(tài)平衡系統(tǒng)更是為機(jī)器人的整體可操作性發(fā)揮了重要的作用!
就在17年12月6日,波士頓動力申請了一項(xiàng)名為“使用動態(tài)平衡在有腿機(jī)器人上的整體操縱”的發(fā)明專利(申請?zhí)枺?01780075045.7),申請人為波士頓動力公司。
根據(jù)目前公開的專利資料,讓我們一起來看看這項(xiàng)動態(tài)平衡專利吧。
如上圖,首先要介紹的是一種四足機(jī)器人結(jié)構(gòu),顧名思義,從示意圖中可以看到它有四條仿生足206A、206B、206C及206D,208部位為一個可以用來承載物體的載物臺,因此可以推斷該四足機(jī)器人應(yīng)該是用于搬運(yùn)貨物。
四條“腿”使得機(jī)器人可以相對于其環(huán)境運(yùn)動,并且可以擁有一定的自由運(yùn)動能力,具體而言,“腿”可以使得機(jī)器人根據(jù)不同步態(tài)的力學(xué)特點(diǎn)以各種速度行進(jìn),例如通過平地、斜坡、坑洼地等多種不同的環(huán)境狀態(tài),同時(shí)可以采用不同的速度例如緩慢、平穩(wěn)、加速等多種不同的形態(tài)。
除了引人注目的四條“大長腿”以外,該機(jī)器人還包括機(jī)械部件110、傳感器112、電源115、電部件116以及控制系統(tǒng)118,這些組件只要是用于機(jī)器人識別周圍的環(huán)境,例如通過圖像傳感器、攝像頭、LIDAR或者紅外傳感器等,而控制系統(tǒng)將通過控制電機(jī)來控制機(jī)器人的運(yùn)動。我們知道,機(jī)器人有一個很重要的問題就是保持其運(yùn)動穩(wěn)定性,因此就需要利用控制系統(tǒng)中的控制算法來對于機(jī)器人的運(yùn)動進(jìn)行有效的控制。
由于四足機(jī)器人本身在不運(yùn)動時(shí)通過四個支點(diǎn)就可以保持平穩(wěn),而二足機(jī)器人要完成穩(wěn)定的行走、運(yùn)動就相對困難許多。
如上圖為一種兩足機(jī)器人的示意結(jié)構(gòu),和四足機(jī)器人較為類似的是,二足機(jī)器人也具有機(jī)械部件110、傳感器112、電源114、電部位116以及控制系統(tǒng)等。
不過二足機(jī)器人只有和本體連接的兩條“腿”304和306,每一條腿可以包括多個構(gòu)件,其通過關(guān)節(jié)連接且可以通過這些關(guān)節(jié)部位進(jìn)行靈活的運(yùn)動。每一條腿也可以包括各自的腳310和312,擁有這些類似于人體結(jié)構(gòu)的部位,雙足機(jī)器人就可以完成行走甚至是跑步等動作。同樣這些動作離不開視覺傳感器例如攝像頭、紅外傳感器、物體傳感器以及距離傳感器等,同時(shí)在精準(zhǔn)而魯棒的控制系統(tǒng)下才能夠完成這些動作。
在不同的場景下,二足機(jī)器人要比四足機(jī)器人能夠發(fā)揮更大的作用,具體而言表現(xiàn)在能夠適應(yīng)更多的不同的環(huán)境場合,例如爬樓梯、面對復(fù)雜的地形,此時(shí)四足機(jī)器人就難以發(fā)揮其優(yōu)勢而變得寸步難行,而二足機(jī)器人則可以在這些方面模擬人的運(yùn)動從而輕松的面對這些場景。
接下來我們具體來看看二足機(jī)器人是如何保持其自身的平衡以及完成運(yùn)動的吧。
如上圖所示為針對整體操作而采用動態(tài)平衡的二足機(jī)器人,其包括下本體部分408a、上本體部分408b和中間本體部分408c,下本體部分和上本體部分通過中間本體部分相連接。下本體部分包括從中間本體部分大致向下延伸到表面的兩條腿404和406,腿包括構(gòu)件404a1-a2、406a1-a2和關(guān)節(jié)404b1-b2、406b1-b2。
上本體部分包括各自的臂膀418、420的端部上的末端結(jié)構(gòu)422、424,臂可以從上本體部分向外延伸至末端結(jié)構(gòu),每一個臂也同樣包括多個關(guān)節(jié)以及可以通過這些關(guān)節(jié)進(jìn)行多自由度的運(yùn)動。
而實(shí)現(xiàn)二足機(jī)器人的整體平衡則需要下本體控制系統(tǒng)、上本體控制系統(tǒng)和主控系統(tǒng)三個系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào),控制系統(tǒng)從每一個傳感器中收集傳感器數(shù)據(jù),通過這些數(shù)據(jù)來分析機(jī)器人目前所處運(yùn)動狀態(tài)以及將要進(jìn)行何種操作,例如抬起左腳或者邁出右腿。
而為了實(shí)現(xiàn)用于腳的期望位置和用力程度,下本體控制系統(tǒng)將通過反向運(yùn)動解算器來確定各自腿部的取向和相應(yīng)關(guān)節(jié)位置,這里的反向運(yùn)動解算器,是指使用機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)方程來確定腿部或者上肢的參數(shù),以便于可以確定落腳點(diǎn)以及手臂的精準(zhǔn)運(yùn)動。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)落腳的精準(zhǔn),上本體控制系統(tǒng)也可以采用反向運(yùn)動解算器以確定兩條臂膀的構(gòu)件的取向和關(guān)節(jié)的運(yùn)動位置。
最后,我們來看看控制二足機(jī)器人保持平衡的整體方法。
如上圖所示為針對整體操作而采用了動態(tài)平衡的操作機(jī)器人的方法,首先,上本體控制系統(tǒng)417b操作末端部位422、424,末端部位基于通過上本體控制系統(tǒng)進(jìn)行的操作而經(jīng)歷末端部位受力Fe1、Fe2,中間本體部分408c基于末端部位受力經(jīng)歷第一中間本體線性力fi。
其次,上本體控制系統(tǒng)將與第一中間本體線性力fi和第一中間本體力矩Mi有關(guān)的信息通信到下本體控制系統(tǒng),下本體控制系統(tǒng)響應(yīng)于可動末端部位的操作而操作腿部的運(yùn)動。
最后,主控制器417c可確定如果上本體控制系統(tǒng)試圖讓末端部位運(yùn)動到期望位置時(shí),是否可通過腳的當(dāng)前位置保持平衡,如平衡不能被保持,則主控制器可對下本體控制系統(tǒng)發(fā)出信號,以讓腳運(yùn)動到新的位置,以便于達(dá)到系統(tǒng)的整體平衡。
以上就是波士頓動力的機(jī)器人動態(tài)平衡操作方法,通過操作機(jī)器人的四肢部位讓其本身在表面上處于動態(tài)平衡,通過機(jī)器人可以動態(tài)的控制腿,使得反作用力允許機(jī)器人保持支撐整個身體的平衡,更加接近于真人的實(shí)際動作!
-
機(jī)器人
+關(guān)注
關(guān)注
211文章
28398瀏覽量
206995 -
波士頓動力
+關(guān)注
關(guān)注
3文章
176瀏覽量
13113
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論