智能机器人T-RHex可爬上陡峭的山坡 | 广东省智能创新协会

发布日期:2019-06-18 10:00
智能机器人T-RHex在其脚上安装了微型尖刺,可以抓住粗糙的表面,如砖块,木头和混凝土。虽然它还不能爬上垂直的墙壁,但它可以悬挂在墙壁上。而微小的尖刺可使这个机器人爬上陡峭的山坡。



在CMU的Aaron Johnson的“机器人设计与实验”课程中,学生团队有一个学期来设计和构建基于主题的实验机器人系统。对于2019年春天,这个主题是“Bioinspired Robotics”,这绝对是我们最喜欢的机器人之一 - 动物可以做各种疯狂的事情,看着机器人试图匹配它们总是很有趣。当然,它们几乎从未成功,但即使是基本的模仿也可能导致机器人具有一些独特的能力。

来自Team ScienceParrot的今年课程中的一个项目是RHex的新版本,名为T-RHex(发音为T-Rex,就像恐龙一样)。T-RHex带有尾部,但更重要的是,它有微小的锥形脚趾,有助于抓住粗糙的表面,如砖块,木头和混凝土。它可以爬上非常陡峭的斜坡,从它们上面垂下来,依靠它的脚趾来防止自己掉下来。

T-RHex的脚趾被称为微型脚趾,我们已经在各种机器人中看到它们。其中最着名的可能是JPL的LEMUR IIB(它在纯粹的微型音量上获胜),尽管这个概念至少可以追溯到斯坦福大学SpinyBot的15年。使用微型爬行器的机器人倾向于采用相当有条理的机器人,因为微型滑车必须小心地接合和脱离,限制了它们的非攀爬机动性。

T-RHex设法执行许多相同类型的攀爬和悬挂操作,而不会失去RHex快速,高效的轮腿(wheg)运动的能力。

如果你仔细观察视频中的T-RHex,你会发现它在正常的前方步态中,它的脚踝走路,而不是脚趾。这意味着大部分时间都没有接触到微型细胞,因此机器人可以使用其常规的小轮运动来绕行。为了接合微型机器人,机器人向后移动它的轮子,这意味着它的尾部可以从它的头部出来。但由于T-RHex的所有功能都是机械性的,并且没有主动传感器,因此它并不需要头部,所以这很好。

T-RHex可以承受的最高爬坡率是55度,这意味着它不能征服垂直墙壁。研究人员最惊讶的是机器人能够紧贴表面,非常高兴地在135度的斜坡上闲逛,这是一个45度的悬垂(!)。我不知道它如何能够自己达到这种状态,但很高兴知道如果它确实如此,它的刺将继续完成它们的工作。



T-RHex使用激光切割的丙烯酸支腿,将微型细胞嵌入3D打印的脚趾中。需要尾部以防止机器人向后倾斜。
有关该项目的更多详细信息,我们通过电子邮件与Team ScienceParrot成员(和CMU博士生)Catherine Pavlov进行了交谈。

IEEE Spectrum:我们习惯于看到RHex具有柔顺,弹性的腿 - 新腿如何影响T-RHex的移动性?

凯瑟琳巴甫洛夫:腿部有一些顺从性,虽然没有RHex那么多 - 这是由丙烯酸的使用驱动的,丙烯酸是出于预算/制造原因而选择的。匹配RHex与丙烯酸的顺应性会使得齿太弱(因为在攀爬过程中通常只有少数人承受机器人的负荷)。这绝对意味着你不能像RHex那样在腿部使用能量储存,例如在说话时。然而,就移动性而言,T-RHex可能受电机速度的限制。我们使用的是一些借用的Dynamixels,它们不允许高速定位。

你是如何设计攀爬步态的?为什么不使用中间腿,为什么尾巴是必要的?

步态是很多手动调整和反复试验。我们想要一个左/右对称步态,以实现更多脊柱之间的负载分配,并防止腿部的平面外扭曲。当使用所有三对时,您必须具有非常精确的角度定位或者一对腿被推离墙壁。因为两条腿应该能够保持完整的机器人步态,所以使用中间腿的伤害比它帮助的更多,中间的腿有时会将后腿推离墙壁。

需要尾部以防止机器人向后倾斜并“坐”在墙上。在静态测试期间,我们看到机器人尖端向后,脱离前腿,倾斜约35度。尾部允许我们加载前腿,即使它们与表面成一个小角度。我们设计的攀爬步态使用尾部允许后腿完全再循环,而机器人不会向后倾斜。



什么阻止T-RHex攀爬甚至更陡峭的表面?

有一些限制因素。一个是腿部的尖齿很容易断裂。我认为我们还需要一个更轻松的平台来完全垂直 - 我们将继续关注MiniRHex的未来工作。我们也不相信我们的步态是最好的,我们可以通过更多调整获得边际改进,这可能就足够了。

micropines可以协助更动态的操作吗?

动态攀爬动作?我认为这只能在具有非常好的表面附着力和非常好的表面强度的表面上实现,但理论上肯定是可能的。如果你试图跳墙,T-RHex的当前实例肯定会破裂。

你下一步在做什么?

我们的主要目标是探索用于腿部制造的材料空间,例如玻璃纤维,PLA,聚氨酯和金属玻璃。我们认为腿部材料和几何形状有很大的改进空间。我们还希望看到MiniRHex配备了micropine,这将需要大约比我们为T-RHex制造的尺寸的一半。长期改进将是增加传感器,例如用于墙壁检测,以及可靠的地板到墙壁过渡和动态步态过渡。