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會輕功的機器人 飛檐走壁一條腿跳遍天下

電子工程師 ? 來源:fqj ? 2019-05-24 14:25 ? 次閱讀

Salto 機器人由 UC 伯克利的研究者首創于 2016 年,這只跳躍機器人還沒有一只腳大,但它可以跳到自己的三倍高度。而現在研究者使用了大量新技術武裝它,使它可以像蹦蹦蹺一樣跳躍,像一條靈活的狗狗那樣越過障礙。Salto 甚至可以在遙控器的控制下在戶外散步。

體格不如一只腳的 Salto 機器人看起來像《星球大戰》中縮小版的帝國步行機。但是千萬不要被它的嬌小體格騙了,這只小機器人可以跳得超高,高度可達它自身高度的三倍。

2016 年的 Salto 機器人單腿伸直站立后約為 30 厘米高,單次起跳的最高高度達 1 米。由于還不能在三維環境中實現自我穩定,當時這款機器人僅能連續起跳兩次。而最近更新后的新版 Salto 機器人可實現原地多次彈跳(如圖所示,彈跳次數可達到 100 次),單次起跳的高度可達 1.2 米。

2016 年,UC 伯克利的研究者首次展示了單腿機器人 Salto 的高空飛行能力,它可以輕松彈離墻面玩跑酷(一種極限運動)。現在,Salto 又有了新技能,可以像蹦蹦蹺一樣原地彈跳,還可以像靈活的狗狗一樣越過障礙物,它甚至可以在遙控器的控制下在校園內散步。

研究者希望 Salto 能夠推動小型敏捷機器人的發展,這類機器人可以在碎石路上跳躍行走,支援搜救行動。研究者將在 ICRA 2019 大會上展示 Salto 機器人的新技能。

小型機器人可以做很多事,比如去大型機器人或人類無法活動的地方。假設在災難發生時,人類可能被困在碎石碎磚里面,這時候它們就可以用于尋找受災的人,且不會對救援者造成危險,甚至會比沒有輔助工具的救援者更快。UC 伯克利機器人學博士生 Justin Yim 表示,我們希望 Salto 不僅體型小,還能夠跳得很高、很快,這樣它們就可以在困難的環境中也能行走自如了。

Yim 和 UC 伯克利電氣工程和計算機科學教授 Ronald Fearing 合作進行該項目。Ronald Fearing 所在的仿生微系統實驗室(Biomimetic Millisystems Lab)致力于探索如何利用動物運動機制創建更加靈活的機器人。

該實驗室因構建受昆蟲啟發的機器人而聞名,這款機器人可以安全地爬過棘手的平面,這些平面要么太光滑,要么太粗糙,總之不適合有足機器人穿行。Salto(「saltatorial locomotion on terrain obstacles」的縮寫)表示「在地面障礙物上跳躍移動」,在設計這款機器人的過程中,Fearing 希望它能夠以跳躍的方式移動。

UC 伯克利機器人學博士生 Justin Yim 領導了 Salto 項目,通過復雜的控制軟件為 Salto 編程,從而讓它掌握復雜的動作。

Salto 有一條強大的腿,這條腿是根據嬰猴(又名塞內加爾叢猴)來建模的。嬰猴這種小型樹居靈長類動物的肌肉和肌腱儲存了很多能量,起跳之前,夜猴會蹲伏,將力量上傳到伸展的肌腱中。這樣,較之單使用肌肉力量,這種機制能讓加速度提升 15 倍多。而 Salto 機器人在機器人電機和腿部之間有天然乳膠,從而成功模仿這種生物機制。將一系列快速跳躍聯系起來,Salto 也可以穿過復雜的地形(比如廢墟),而這些地形只有通過跳躍或飛行的方式才有可能穿過。

與先積聚力量再跳起的螞蚱或蟋蟀不同,我們想找的是可以一直跳跳跳跳跳的機制。Fearing 表示,這樣我們的機器人就可以從一個地方跳到另一個地方,然后在我們可能無法停留的地方短暫著陸。

三年前,Salto 的設計團隊展示了 Salto 如何跳躍,然后通過在墻壁上借力立即跳得更高,這使它成為世界上在垂直跳躍方面最靈活的機器人。之后,Yim 領導設計了復雜的控制系統,讓 Salto 掌握更加復雜的任務,比如在一個地方彈起、穿過有障礙物的路徑,以及跟蹤一個移動的目標。

Yim 還使用新技術武裝 Salto,使之能夠感受自己的身體,告訴它正在指向的角度以及腿部的彎曲。在還沒有這些能力的時候,Salto 是在伯克利工程建筑的一個房間里訓練的:運動捕捉攝像頭會追蹤它的角度和位置并將數據傳輸回計算機,計算機迅速處理數據并反饋給 Salto,告訴它如何調整角度進行下一次跳躍。

現在 Salto 能夠感知它自己的身體和動作,也可以自己進行這些計算。這樣 Yim 可以把它帶出去,用操縱桿和無線電控制器告訴它該去哪里。

動作捕捉非常有利于機器人在受控環境中準確地跳躍,它給了我們大量非常好的數據。但問題是,我們沒辦法帶它出去,在其它地方隨便跳躍,因為安裝動作捕捉攝像頭需要很長時間。Yim 說道,我們真的很希望把這個機器人帶出來,讓它到處跳跳。為此,我們需要 Salto 能夠計算它在哪兒、在做什么,而這就靠它身體上的那臺計算機。

Salto 現在可以在伯克利的校園里散步,它成功地在人行道、磚瓦地和草地上移動。用來實現 Salto 這項能力的數學模型還可以泛化到其它類型機器人的運動控制中,Yim 表示。

他還表示,通過理解這些力作用于 Salto 的方式,及其質量和大小,我們可以將這些理解延伸到其它系統上,從而據此構建其它機器人,比如體型更大或者更小的,形狀不同或重量不同的。

未來,Fearing 希望繼續探索跳躍型機器人的更多可能性。

Salto 是我們走向彈跳型機器人的第一步,Fearing 表示,我們可以拓展 Salto 的能力,比如讓它抓住樹枝來著陸和起跳。Salto 是從一個非常簡單的機制開始的,它只有一條腿。它為更復雜的機器人提供了基礎,這些機器人可以具有更高的動態性,而且能做大量彈跳。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴

原文標題:UC伯克利造出會「輕功」的機器人,飛檐走壁,一條腿跳遍天下

文章出處:【微信號:smartman163,微信公眾號:網易智能】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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