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UC伯克利造出会“轻功”的机器人,一条腿跳遍天下

2019-05-23 11:04:38    创事记 微博 作者: 机器之心   

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  文/KaraManke 译/路、shooting

  来源:机器之心(ID:almosthuman2014)

  机器人由UC伯克利的研究者首创于2016年,这只跳跃机器人还没有一只脚大,但它可以跳到自己的三倍高度。而现在研究者使用了大量新技术武装它,使它可以像蹦蹦跷一样跳跃,像一条灵活的狗狗那样越过障碍。甚至可以在遥控器的控制下在户外“散步”。

  体格不如一只脚的机器人看起来像《星球大战》中缩小版的帝国步行机。但是千万不要被它的“娇小体格”骗了,这只小机器人可以跳得超高,高度可达它自身高度的三倍。

  2016年的机器人单腿伸直站立后约为30厘米高,单次起跳的最高高度达1米。由于还不能在三维环境中实现自我稳定,当时这款机器人仅能连续起跳两次。而最近更新后的新版机器人可实现原地多次弹跳(如图所示,弹跳次数可达到100次),单次起跳的高度可达1.2米。

  2016年,UC伯克利的研究者首次展示了单腿机器人的“高空飞行”能力,它可以轻松弹离墙面玩跑酷(一种极限运动)。现在,又有了新技能,可以像蹦蹦跷一样原地弹跳,还可以像灵活的狗狗一样越过障碍物,它甚至可以在遥控器的控制下在校园内散步。

  研究者希望能够推动小型敏捷机器人的发展,这类机器人可以在碎石路上跳跃行走,支援搜救行动。研究者将在ICRA2019大会上展示机器人的新技能。

  “小型机器人可以做很多事,比如去大型机器人或人类无法活动的地方。假设在灾难发生时,人类可能被困在碎石碎砖里面,这时候它们就可以用于寻找受灾的人,且不会对救援者造成危险,甚至会比没有辅助工具的救援者更快。”UC伯克利机器人学博士生Justin Yim表示,“我们希望不仅体型小,还能够跳得很高、很快,这样它们就可以在困难的环境中也能行走自如了。”

  Yim和UC伯克利电气工程和计算机科学教授Ronald Fearing合作进行该项目。Ronald Fearing所在的仿生微系统实验室(Biomimetic Milli systems Lab)致力于探索如何利用动物运动机制创建更加灵活的机器人。

  该实验室因构建受昆虫启发的机器人而闻名,这款机器人可以安全地爬过棘手的平面,这些平面要么太光滑,要么太粗糙,总之不适合有足机器人穿行。Salto(“saltatoriallocomotiononterrainobstacles”的缩写)表示“在地面障碍物上跳跃移动”,在设计这款机器人的过程中,Fearing希望它能够以跳跃的方式移动。

UC伯克利机器人学博士生JustinYim领导了项目,通过复杂的控制软件为编程,从而让它掌握复杂的动作。UC伯克利机器人学博士生JustinYim领导了项目,通过复杂的控制软件为编程,从而让它掌握复杂的动作。

  有一条强大的腿,这条腿是根据婴猴(又名塞内加尔丛猴)来建模的。婴猴这种小型树居灵长类动物的肌肉和肌腱储存了很多能量,起跳之前,夜猴会蹲伏,将力量上传到伸展的肌腱中。这样,较之单使用肌肉力量,这种机制能让加速度提升15倍多。而机器人在机器人电机和腿部之间有天然乳胶,从而成功模仿这种生物机制。将一系列快速跳跃联系起来,也可以穿过复杂的地形(比如废墟),而这些地形只有通过跳跃或飞行的方式才有可能穿过。

  “与先积聚力量再跳起的蚂蚱或蟋蟀不同,我们想找的是可以一直“跳跳跳跳跳”的机制。”Fearing表示,“这样我们的机器人就可以从一个地方跳到另一个地方,然后在我们可能无法停留的地方短暂着陆。”

  三年前,的设计团队展示了如何跳跃,然后通过在墙壁上借力立即跳得更高,这使它成为世界上在垂直跳跃方面最灵活的机器人。之后,Yim领导设计了复杂的控制系统,让掌握更加复杂的任务,比如在一个地方弹起、穿过有障碍物的路径,以及跟踪一个移动的目标。

  Yim还使用新技术武装Salto,使之能够“感受”自己的身体,告诉它正在指向的角度以及腿部的弯曲。在还没有这些能力的时候,是在伯克利工程建筑的一个房间里训练的:运动捕捉摄像头会追踪它的角度和位置并将数据传输回计算机,计算机迅速处理数据并反馈给Salto,告诉它如何调整角度进行下一次跳跃。

  现在能够感知它自己的身体和动作,也可以自己进行这些计算。这样Yim可以把它带出去,用操纵杆和无线电控制器告诉它该去哪里。

  “动作捕捉非常有利于机器人在受控环境中准确地跳跃,它给了我们大量非常好的数据。但问题是,我们没办法带它出去,在其它地方随便跳跃,因为安装动作捕捉摄像头需要很长时间。”Yim说道,“我们真的很希望把这个机器人带出来,让它到处“跳跳”。为此,我们需要能够计算它在哪儿、在做什么,而这就靠它身体上的那台计算机。”

  现在可以在伯克利的校园里“散步”,它成功地在人行道、砖瓦地和草地上移动。用来实现这项能力的数学模型还可以泛化到其它类型机器人的运动控制中,Yim表示。

  他还表示,“通过理解这些力作用于的方式,及其质量和大小,我们可以将这些理解延伸到其它系统上,从而据此构建其它机器人,比如体型更大或者更小的,形状不同或重量不同的。”

  未来,Fearing希望继续探索跳跃型机器人的更多可能性。

  “是我们走向弹跳型机器人的第一步,”Fearing表示,“我们可以拓展的能力,比如让它抓住树枝来着陆和起跳。是从一个非常简单的机制开始的,它只有一条腿。它为更复杂的机器人提供了基础,这些机器人可以具有更高的动态性,而且能做大量弹跳。”

  原文地址:https://news.berkeley.edu/2019/05/21/with-a-hop-a-skip-and-a-jump-high-flying-robot-masters-obstacles-with-ease/

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