1楼ououmama
(岂能尽如人意,但求无愧我心)
发表于 2011-10-5 21:57
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传播一切值得传播的思想--华人在TED的演说丹尼斯.洪:讲述他的七种全地形机器人
丹尼斯.洪(Dennis Hong):讲述他的七种全地形机器人
在TEDx美国国家航空和航天局NASA会议上,弗吉尼亚理工大学的“机器人技术与机械实验室(RoMeLa)”主任Dennis Hong,介绍了他的团队在RoMeLa所制造的七种获过奖的全地形机器人。它们中有人形的,可以踢球的DARwIn,还有可以攀岩走壁的CLIMBeR。在最后,他还告诉大家他取得如此成绩的五个秘密。其中最重要的一条是:玩得开心(Having Fun)。
第一个要介绍的机器人叫STriDER(Stride迈大步,Strider迈大步者)。 全称是自激式三足动态实验机器人 (Self-excited Tripedal Dynamic Experimental Robot)。 这种机器人 受自然界的启发有三条腿。 不过您在自然界中 见过三条腿的动物吗? 应该没有。那我们为什么要称其为仿生机器人呢?运作原理是什么呢? 说之前,先看看当下流行文化。 您应该知道赫伯特•乔治•威尔斯(H.G. Wells)的小说《世界大战》,以及由此改编的电影。 您现在看到的是一款流行 视频游戏。 在小说里,威胁地球的外星生物 被描述成三足机器人。 不过我的机器人,STriDER,不是这样移动的。
这是一段真实的动态仿真动画。 我要展示的是机器人是如何移动行走的。 空中转体180度。 其中一条腿,在另两条腿中间荡秋千。 这是他的行走方式。不过研究一下 我们人类的两足行走, 人类不是用肌肉 提起一条腿迈出去,像机器人那样。对吧? 我们实际上是把一条腿荡出去,然后落地, 站稳,然后再荡腿...落地...。 使用您的身体内置动力,身体动力 就像一个钟摆。 我们称之为被动动力运动概念。 身体直立情况下,您所做的就是 把势能转变 为动能。 这是一个不断下落的过程。 所以,虽然自然界中没有三足动物,实际上我们还是受到了生物的启发 把这套原理运用于这种机器人, 所以它是仿生机器人。
您这里所见的就是我们下一步的目标。 我们要让机器人把腿像弹簧一样折叠起来,然后弹射出去,做长距离运动。 然后展开腿,就像星球大战一样。 落地有,机器人的三条腿吸收落地震动,然后开始步行。这里面黄色的区域,不是死光。 这演示的是装有一部摄像机 或者其他类型的传感器, 因为机器人个高,有1.8米高, 可以从灌木丛之类的障碍物上方露出头观察。
我们有两种型号的原型机。 第一个型号,在后面,那是STriDER I型。 前面那个,小一点儿的,是STriDER II型。 STriDER I型遇到的问题是 机器人太重了。我们装了太多的马达, 诸如调整关节之类的东西。 所以,我们决定综合成一个机械机构, 我们就可以用一部马达,代替所有的马达, 我们就可以协调所有的动作。 这是用机械解决办法,代替机电一体化。 所以现在机器人上部机体就够轻巧了,可以在实验室内走路。 这是向成功迈出第一步。 还不完美。这个实验机器人摔倒了, 所以后面还有我们忙的。
第二个要介绍的机器人缩写是IMPASS。 它带有驱动辐条系统的智能移动平台(Intelligent Mobility Platform with Actuated Spoke System)。 它是一种“轮-腿“混合机器人。 无框轮, 或者叫辐条轮。 每个辐条都可以缩进缩出轮毂。 所以它是”轮腿”混合机器人。 我们又重新发明了一种轮子。 让我演示一下工作原理。 这段视频中我们用了一种方法 被称为响应式方法。 只在利用足部的触觉传感器, 这机器人在崎岖不平的地形行走, 地面柔软,随着它的下压而改变。 仅依靠足部传感器的信息, 它成功的跨越了这些地形。
不过,它遇到极端地形时, 如视频中显示的,一个三倍于 机器人高度的障碍物, 它会切换到谨慎模式,这里机器人利用激光测距仪, 和摄像系统,来找出障碍和测量大小, 作出相应的对策,仔细的策划辐条的动作, 同时协调好各部分动作,这样显示出 令人惊讶的机动性。 你可能从来没有见过这样的机器人。这是一部机动性很高的机器人 这就是我们开发的,叫做IMPASS的机器人。 很酷吧?
您开车的时候, 转动方向盘,这种方式 叫阿克曼转向。 前轮像这样转动。 对于那些小型轮式机器人,它们一般采用差速转向, 也就是左轮和右轮向相反方向转动。 对于IMPASS机器人,我们可以采用不同方式的转向运动。 如视频中演示的那样,它的左右轮连接在一个轴上, 以同样的转速转动。 不同的是,我们依靠调解辐条的长度实现转向。 辐条长度的变化改变了辐条轮的直径大小,以此实现左右转弯。 这些只是一些IMPASS可以做的巧妙动作 的事例。
这个机器人叫CLIMBeR(攀登者), 全称是:钢缆吊肢智能匹配行为机器人(Cable-suspended Limbed Intelligent Matching Behavior Robot.)。 我曾和许多NASA喷气推进实验室的科学家们聊过, 在喷气推进实验室,最出名的就是火星车。 科学家们和地质学家们经常告诉我, 真正有趣的科学、 富含科学知识的地点就是在悬崖峭壁上。 不过目前火星车还探测不了峭壁。 受此启发,我们要建造一台 攀登峭壁的机器人。
那就是CLIMBeR机器人。 它有三条腿。可能很难看到, 但它顶部有一个绞盘,一条钢缆。 它正在测算最好的立足点。 一旦测算好, 它会实时计算出力的分布。 计算出需要施加多大的力, 确保不翻下来,不打滑。 一旦稳定下来,抬起一条腿, 然后利用绞盘,可以向上爬一点点。 也可以应用在搜索和救援工作上。
五年前,我夏季在NASA喷气推进实验室 做教员研究员。 他们有个六足机器人,称作LEMUR。 基于此我们开发一台机器人,称作MARS(Mars, 火星) 多附体机器人系统(Multi-Appendage Robotic System)。它是一种六足机器人。 我们开发了自适应步态规划软件。 我们放了一个十分有趣的有效载荷。 学生们喜欢有趣的机器人。您可以看到 机器人在不规则地形上行走。 它试图在粗糙地形上行走, 沙地上, 取决于水分含量或沙粒大小的 脚下的泥土下沉模式变化。机器人自适应的调整步态以便成功翻越这类地形。 除此之外,它还可以做出一些搞笑的事。 我们的实验室有很多参观者。 有参观者来的时候,MARS机器人会走到计算机旁边, 并输入“你好!我叫MARS。” 欢迎来到RoMeLa, 弗吉尼亚理工大学的“机器人技术与机械实验室(RoMeLa)。.