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步行机器人进化史

发布时间:2011-02-14 来源:中国自动化网 类型:产业分析 人浏览
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机器人历史

导  读:

据美国《连线》杂志报道,随着科学技术的快速发展,科学家研制出各种机器人,有超大号的曲棍球机器人、像沙滩汽车或者冰箱具有清洁地面的机器人、勘测火星表面的机器人以及配发啤酒的机器人,但研制像人类行走自如的机器人仍存在一定差距。 


  美国佛蒙特大学的最新计算机模拟显示,与动物进化十分相似的是,机器人将逐渐进化完善其行走能力。以下是美国《连线》杂志列举的13款在行走特征方面独具优势的机器人: 


1、步态进化机器人 

  通过计算机模拟,美国佛蒙特大学科学家乔什-邦加德(Josh Bongard)建造一个虚拟机器人,可随着时间改变自己的外形。起初,这款机器人拥有蛇身般的结构,通过应用不同的移动运算法则至该机器人的分段脊椎,如果运算法则能够成功地使机器人接近预计实现目标进行移动,他们便将该运算法则用于下一分段脊椎设计。如果不成功则放弃。 

  在每个分段结构中,成功的运算法则还将随着分段结构的轻微变动而进行验证,当进行反复性的测试之后,机器人将“进化”形成成熟有效的运动模式。随着分段结构不断地增长,模拟系统中机器人的腿部运动从最初的滑行开始向步行演变。 

  邦加德说:“这种缓慢生长的机器人腿部能从机器人角度使运算法则作为‘控制器’去处理问题——先学动摆动身体,再实现身体平衡。同时,这也将适用更成熟的步态。”应用于现实版的机器人设计,起初它拥有一个简单的关节型脊柱和4个机器腿,之后用一个额外的支柱帮助四条机器腿像蜥蜴一样向外伸展,再逐渐进行收拢,最终这款机器人可以站立起来。邦加德称,该种模型显示出机器人能够真实地进化形成成熟有效的步态。 

2、大狗机器人 

  无论是两腿、四腿还是多腿机器人,这些步行机器人要比轮式机器人或者非移动机器人看起来更像动物。它们可以更容易地溶入人类的生活,也看上去更加可爱,容易被人们所接受。机器人的腿部运动机制对于未来机器人的发展具有重要作用。 

  邦加德说:“有腿机器人能够比那些轮式机器人更适应崎岖的地形。”这也是美国五角大楼为什么斥资数百万美元资助波斯顿动力公司研制“大狗机器人”的原因,这种四腿机器人像背负物体的骡子,能够携带136公斤(300磅)的物体行走于泥泞的雪地、冰面或者煤渣中。同时,即使在受到较大的推挤力作用下,它依然能够较稳地站立。 

3、“突击队员机器人” 

  2010年7月,美国康奈尔大学最新研制一款机器人“突击队员(Ranger)”,能够11小时之内行走23公里,建立了一项非官方世界纪录。7月6日,机器人“突击队员”围绕着康奈尔大学巴顿体育馆的田径跑道行走了108.5圈,每圈约212米,这款机器人从启动到电池耗尽停止共走了7万步。整个过程仅是研究人员在附近进行遥控。据悉,之前的世界纪录是由波士顿动力公司“大狗”机器人创建的,共完成20.59公里行程。康奈尔大学理论和应用机械系教授安迪-鲁伊纳(Andy Ruina)带领几位工程系大学生共同完成这项研究。此前鲁伊纳实验室的学生们在2008年4月创建了一项机械人行走纪录,当时“突击队员”行走了9公里。之后波士顿动力公司的“机械大狗”才打破了这项纪录。 

  这项机器人研究的目标之一是为了展示“突击队员”机器人的有效动能,不同于其它使用发动机控制移动的行走机器人,“突击队员”机器人使用重力和动力促进双腿向前行进,它表现得更具灵活力,在一定程度上可与人类行走相媲美。 

  这款机器人看上去就像一个高锯木架,它的步态就像是一个拄着拐杖的人,它有4个支架腿,没有“膝盖”结构。鲁伊纳称,通过这项机器人行走实验,不仅有利于促进先进机器人的发展,还可帮助这些大学生更深刻地理解机器人行走的原理,这些原理和信息可应用于人类义肢研究和残疾肢体恢复,并有助提高人们的运动能力。 

4、“火焰机器人” 

  步行机器人之所以吸引人们并不是它们的实用性,而是因为它们的新奇性,毕竟这样的机器人设计难度较大。自上世纪90年代,科学家们就一直关注一个领域——“被动动力学”,航空工程师泰德-麦克吉尔(Tad McGeer)研制了一款非常像人类的两腿机器人——“火焰机器人”,这款机器人无需任何发动机,便能自如地在下坡路上行走。 

  据悉,火焰机器人的臀部、膝盖和踝骨采用了弹性结构,也就是每个发动机和相应的关节之间都有一个弹簧,而不是发动机与关节直接相连接。 































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