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如果你买不起带有弹性腿的花式四足动物只需使用弹性地板

有一些四足机器人是高度动态的,具有跑动和跳跃的能力,但这些机器人往往相当昂贵和复杂,需要强大的执行器和腿具有弹性。博士王博士 中国浙江大学的学生,与我们联系,分享了他一直致力于用简单,价格合理的硬件研究四足跳跃的项目。

“这个项目的动机非常简单,”博兴说。“我想研究四足跳跃控制,但我没有定制的强力执行器,我不想设计弹性腿。所以我决定用蹦床制作一个普通的伺服驱动四足机器人来跳。“

Boxing和他的同事们想要研究四足运行和跳跃,因此他们使用他们可以访问的最强大的伺服器来制造这个机器人:Kondo KRS6003RHV 执行器,其最大扭矩为6 Nm。经过一些简单的测试,很明显舵机根本没有快速或强大到足以使机器人跳跃,并且需要一个弹性元件来储存能量以帮助机器人离开地面。

“通常,人们会选择弹性腿,”拳击说。“但我实验室里没有人知道如何设计它们。如果我们尝试制作弹性腿并且我们未能使机器人跳跃,我们无法确定问题是腿还是控制算法。对于硬件,我们认为最好从可靠的东西开始,这肯定不会成为问题的根源。“

事实证明,你所需要的只是一个蹦床,一个惯性测量单元(IMU),以及每只脚末端的小触觉开关来检测触碰和起飞事件,你可以做一些有用的跳跃研究而不用跳跃的机器人。蹦床也有其他好处 - 因为它在边缘比在中心更硬,例如,机器人将倾向于在蹦床上居中,并且在出现问题之前你会得到一些警告。

“我不能说这是一个让四足机器人跳上蹦床的突破,”博兴告诉我们。“但我相信这对于原型测试很有用,特别是对那些对四足跳跃控制感兴趣但手头没有合适机器人的人。”

要了解有关该项目的更多信息,我们会向他发送一些其他问题。

IEEE Spectrum:这个想法来自哪里?

王振拳:蹦床的想法来自我们喝奶茶的时候。我不知道为什么会出现,也许有人最近在健身房看到了蹦床。我不记得究竟是谁提出的。就像有人无意中说的那样。但我意识到蹦床将是一个完美的选择。它可靠,易于购买,并且应该具有类似的动态模型,其中有弹性腿跳跃(我们在一篇论文中对此进行了简要分析)。所以我决定尝试蹦床。

您认为在蹦床上使用四足动物而不是使用跳跃的四足动物可以学到多少?

一般而言,没有接触表面是严格刚性的。他们都有弹性。因此,在蹦床上跳跃和在刚性表面上跳跃之间没有本质区别。但是,在蹦床上使用四足动物可以为您提供有关如何利用弹性使跳跃更容易和更有效的更多信息。您可以使用带弹性腿的四足机器人来解决同样的问题,但这通常需要更多的时间来进行硬件设计。

我们更喜欢将蹦床实验作为进一步实际跳跃四足动物设计的一种早期测试。除非你对在蹦床上设计杂技机器人感兴趣,否则真正的跳跃四足动物可能是一个更有用的应用,这是我们的最终目标。蹦床测试的重点是首先开发控制算法,并检查一般硬件结构的稳定性。由于跳跃在蹦床和刚性腿之间以及在有弹性腿的硬表面上跳跃之间的相似性,您开发的控制算法可以转移到硬面跳跃机器人。

你认为这个想法对其他类型的机器人研究有益吗?

是。对于具有弹性腿的跳跃四足动物,可以首先通过使用简单刚性腿的蹦床测试来设计控制算法。借助您设计的控制算法,可以加速弹性支腿的硬件设计。此外,我们相信我们的工作可以成为使用位置控制机器人实现动态运动(例如跳跃甚至跑步)的一个很好的例子。

与其他动态机器人不同,我们机器人中的每个主动关节都通过商用位置控制伺服系统而非自定义扭矩控制电机进行控制。大多数人并不认为位置控制机器人可以执行高动态运动,例如跳跃,因为位置控制电机通常意味着高传动比和慢响应。然而,我们的工作表明,在弹性的帮助下,通过位置控制伺服系统可以实现稳定的跳跃。因此,对于那些已经拥有位置控制机器人的人来说,他们可以通过蹦床测试探索机器人的潜力。

为什么教一个机器人跳跃重要?

在许多情况下需要跳跃机器人。例如,可以使用真实的跳跃四足动物来设计运行的四足动物。所有四条腿都在空中的经验时刻,更容易从跳跃开始然后移动到跑步。具体地,如果不严格控制俯仰角,则跳跃或者说话可以容易地变换为边界。一个边界四足动物类似于一只奔跑的兔子,所以现在它已经可以称为一个正在运行的四足动物。

据我们所知,跳跃四足动物的实际用途可能是行星探测,就像SpaceBok的设计一样。在低重力环境中,跳跃比步行更有效,并且更容易跳过障碍物。但是,如果我在地球上有一个跳跃的四足动物,我会教它捕捉一个我跳过它的球。太棒了!

由于蹦床的整个要点是用最少的硬件来启动和运行软件,下一步是为机器人添加一些弹性支腿,以便研究人员开发的控制系统可以在硬表面上进行测试。他们目前正在修订一份期刊论文,王博士作为第一作者由他的顾问周春林,本科毕业生和朱启超以及研究员吴军和荣雄加入。

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