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    工程師創造出低成本的四足軟體機器人

    機器人大講堂 ? 2021-05-06 09:46 ? 次閱讀

    加州大學圣地亞哥分校的工程師們創造了一種輕便、低成本的四足軟體機器人,它通過氣動回路就能保持系統控制和運動,并且不需要任何電子設備驅動。該項目由加州大學圣地亞哥分校 Michael T.Tolley 教授領導,發布在 Science Robotics封面。

    軟體機器人之所以受到許多關注,是因為它們可以在人的附近進行安全操作,并且適應環境能力較強。加州大學圣地亞哥分校 Dylan Drotman 博士表示:“這項工作代表著向完全自主、無電子行走機器人邁出了重要的一步?!?/p>

    軟體機器人在不斷地升級迭代,從只能奔跑升級到擁有充氣抓手,從而有能力處理各種物品。充氣部件和氣壓在其中發揮了至關重要的作用,大多數軟體機器人由壓縮空氣提供動力,并由電子設備控制。但是,這種方法需要電路、閥門和泵等位于機器人體外的組件。通常,那些組成機器人大腦和神經系統的組件體積龐大且昂貴。

    該項目軟體機器人則不同,它的氣動電路系統控制由管子和軟閥組成,可根據指令或從環境中感應到的信號進行判斷,進而行走。機器人由脊柱驅動,計算能力與哺乳動物的反射相似。研究團隊的靈感來自動物體內發現的神經回路,通過產生節奏來控制步行和跑步等動作。

    研究團隊在氣動閥的振蕩器傳感器的基礎上,又添加了實現高級功能(如行走)所需的組件。氣動閥具有價格便宜、重量輕的優勢,并且相對于與機電閥更易于制造,通常用于控制軟體機器人。通過適當的設計,這些組件可創建復雜的流體組合,無需任何電子設備即可控制腿式機器人步態的電路。

    這款機器人由四個圓柱形腔室系統組成。為模擬發電機的功能,工程師建立了一個閥門系統,它可充當振蕩器,控制加壓空氣進入機器人四肢中由氣動肌肉進入的順序。據該團隊介紹,采用該方法可制造出非常復雜的機器人大腦,而他們的重點是制造控制步行所需的最簡單的氣動神經系統。

    另據悉,該機器人的步態受側頸烏龜啟發,為此研究人員構建了一個創新組件,通過延遲向機器人腿中注入空氣來協調機器人的步態,當按特定順序打開和關閉的閥門便可以實現行走。同時,在軟體機器人身體的臂架末端,有微型氣泡式的傳感器裝置。也就是說當軟體機器人遇到障礙物時,它裝置中的氣泡會出現凹陷狀態,促使閥門翻轉、以及反向移動。

    為了測試對軟體機器人全向運動的控制度,研究團隊開發了一種控制器來操作兩個 4/2 閥門。通過更改相應的氣門狀態,依次命令機器人向前、向左、向后,然后向右行走。

    軟體機器人的每條腿都可以實現三個運動角度的彎曲,支腿向下傾斜 45 度,由三個平行且相互連接的、帶有波紋管的氣動氣室組成。當對腔室進行加壓時,肢體會向相反的方向彎曲。

    研究人員將每條腿的對角線彼此配對,進而簡化了控制。一個軟閥在逆時針和順時針之間切換肢體的旋轉方向,該軟閥相當于雙擲開關,即具有兩個輸入和四個輸出的開關,因此每個輸入都有與其連接的兩個對應的輸出。這種機制有點像需要兩條神經并在大腦中交換它們的連接。

    概括來說,本次研究是低成本機器人技術的突破,這種軟體機器人可應用在礦井和核磁共振成像機等電子設備無法使用的領域。研究團隊表示,希望在這項研究的基礎上,能夠改進機器人的步態,讓它能在更崎嶇的地面也能實現自由行走。

    來源:techxplore、DeepTech深科技、YouTube

    原文標題:Science Robotics封面:輕便低成本、無電子設備驅動的四足軟體機器人

    文章出處:【微信公眾號:機器人大講堂】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

    責任編輯:haq

    原文標題:Science Robotics封面:輕便低成本、無電子設備驅動的四足軟體機器人

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