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人形机械人成精了!走钢丝玩滑板,还会飞上天,登Sicence子刊封面

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【摘要】 人形机器人成精了!走钢丝玩滑板,还会飞上天,登 Sicence 子刊封面 编译 | 健恩 编辑 | 高歌 智东西 10 月 8 日消息,美国加州理工学院的......

人形机器人成精了!走钢丝玩滑板,还会飞上天,登 Sicence 子刊封面

编译 | 健恩

编辑 | 高歌

智东西 10 月 8 日消息,美国加州理工学院的研究人员开发出了一种双足机器人,结合了双足行走与飞行两种运动姿态,使其具有异常的灵活性,能够进行复杂的运动,如滑滑板、走钢丝等。

▲ LEO 沿系在树间的绳索行走

这个机器人设计灵感来自于鸟类在行走与飞行之间产生的各种行为,研究人员将其命名为 LEONARDO("legs onboard drone" 无人机上的腿,简称 LEO)。LEO 能够通过多关节腿和基于螺旋桨的推进器,实现对自身平衡的精细控制。

研究人员在研究论文中称,得益于它的混合运动能力,LEO 能够执行人类和传统机器人难以执行的各类任务。高空作业将是 LEO 最合适的应用之一,如高压线路的检修、高空桥梁喷涂油漆等。

这项研究于本周三发表在 Science 子刊 Science Robotics 上,并登上了该期刊本月的封面。论文题目为《A bipedal walking robot that can fly, slackline, and skateboard(一种双足行走机器人,可以飞行、走钢丝和滑板)》。

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abf8136

一、改变传统运动方式,让机器人能跑也能飞

现有的机器人大多都可以在地面或空中进行运动,却几乎没有同时拥有这两种运动方式的机器人。此外,现有的机器人也很少具有执行复杂任务的能力。

地面机器人具有腿式、轮式、爬行式等多种形式,其中双足机器人因具有人类的外观,能够像人类一样行走、奔跑、跳跃等而备受关注。但是地面机器人的移动很容易受到崎岖地形的限制,同时其应用范围也限于地面附近,很难从事高空工作。

飞行机器人能够无视各类崎岖地形,从事遥感、交付、搜救、巡检等空中工作。但是其自身的缺点也十分明显,比如能耗大、飞行时间短、荷载量有限等。此外,空中机器人在空中工作时因需要首先照顾自身的稳定性,因此其与物体进行物理交互时与地面机器人相比要更加困难。

研究人员将这两种机器人的优势相结合,让 LEO 能够结合步行与飞行两种运动模式进行混合运动,通过切换不同的运动方式来适应各类崎岖地形。

▲ LEO 走到台阶前并飞下台阶

二、身高 75 厘米仅有 5 斤重,肩扛 4 个螺旋桨

LEO 的重量为 2.58 公斤,行走时的整体高度为 75 厘米。它主要由躯干、螺旋桨推进系统和两条带尖脚跟的腿三部分组成。

为了使其足够轻量化,LEO 的腿部结构采用碳纤维管和 3D 打印碳纤维增强尼龙关节来支撑滚珠轴承。它的两条腿是对称的,每条腿都有 3 个伺服电机,一个位于骨盆处,另外两个位于髋部的前后,三个伺服电机共同控制腿部的运动。

LEO 的肩部安装有 4 个对称放置的螺旋桨,用来稳定和控制行走和飞行动作。

▲ LEO 的电子和机械部件

LEO 可以通过其机载计算机和传感器套件完全自主运行,根据需要穿越的障碍物类型,它可以选择使用步行或飞行,或根据需要将两者混合使用。

在行走过程中,LEO 的螺旋桨确保其能够在行走时保持直立,腿部致动器通过改变腿的位置以向前移动机器人的重心,从而实现行走。在飞行中,LEO 能够单独使用螺旋桨,像无人机一样飞行。

三、会滑滑板、走钢丝,高空作业是最大应用方向

得益于其混合运动的能力,研究人员发现它可以完成一些常规机器人难以完成的动作,比如在绳索上行走、滑滑板等。并且它还具有极高的抗干扰能力,在达 3.8 m/s 的风速下也能保持稳定。

▲ LEO 滑滑板绕过障碍

研究人员在论文中谈道:" 也许最适合 LEO 的应用是那些涉及高空作业的应用,这些工作对人类来说通常是危险的,需要机器人来替代。"

例如,目前高压线路检测依靠专业人员来完成,他们不仅要远距离检查线路,还要走在线路上进行检查和维修。利用 LEO 无需再派遣人员爬上电线,只用让机器人飞到高压线路上并沿着电线行走来进行检修工作,这会降低检修成本,也能够降低人员坠落伤亡的可能。

除了这些作用之外,为 LEO 设计的技术还可以促进自适应起落架系统的发展。研究团队设想,未来的火星旋翼机可以配备腿式起落架,以便它们降落在倾斜或不平坦的地形上时可以保持身体平衡,从而降低在着陆失败的风险。

接下来,该团队计划通过完善腿部设计使其更加坚固来提高 LEO 的性能,以支撑更重的机器人并增加螺旋桨的推力。此外,他们还希望 LEO 能够更加自主,以便机器人在崎岖的地形上行走时,能够了解腿部支撑了多少重量,需要螺旋桨提供多少推力。

研究人员还计划为 LEO 配备一种新开发的控制算法,该算法利用深度神经网络控制无人机的着陆,让机器人更好地了解环境,自行决定步行、飞行或混合运动的最佳组合,以最安全、最低能耗的方式从一个地方移动到另一个地方。

结语:能跑能飞,让双足机器人应用空间更广阔

双足机器人因具有人类的外观,能够模仿人类完成各项工作。但是受限于环境与地形条件,双足机器人在很多情况下的运动会受到限制。

LEO 通过将行走与飞行两种运动状态相结合,让双足机器人能跑也能飞,打破了地形这一障碍,使其拥有更加广泛的应用空间。

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作者 | 黎明编辑 | 魏佳有很长一段时间,汽车企业的老板和投资人,都热衷于造 大车 。蔚来、小鹏、威马,这些明星车企,第一款车无一例外都是 SUV。理想是个例外,第一款车是 SEV ——小型低速电——万软资讯wruan

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