美科学家模拟步行机器人 可像动物一样进化
时间:2017-12-08

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  北京时间2月11日消息,近年来科学家们创造了多种类型和功能的机器人,实际上,机器人也广泛应用于火星科学探索,工业生产和家庭生活等领域。然而,大多数现有的步行机器人看起来更像一个僵硬的腿金属怪物,远离理想。佛蒙特大学的科学家Yosh Pangardeer最近分析和研究了几种着名的步行机器人,并开发了一个计算机模拟系统,表明机器人可以学习随着动物进化而走得更好。

  1.虚拟机器人原型

  虚拟机器人原型

  通过仿真系统,Bangalder创建了一个虚拟机器人,可以随着时间的推移改变其形状。最初,这个机器人是一个没有双腿放在腹部的蛇形身体。班加罗尔的模拟系统使用基于机器人脊柱每个部分的各种运动算法。如果算法成功使机器人更接近目标,它将被应用到下一个片段。如果不成功,则丢弃。在每一集中,一个成功的算法也将被验证为对该段的较小修正。随着各种算法成功地适应各个脊椎碎片的运动,机器人已经演变成一种有效的运动模式。

  在腹部运动功能演变成功后,班加罗尔开始增加机器人腿部。随着腿部的慢慢生长,模拟系统中的虚拟机器人的腿部运动开始从滑行走向行走。 Bangalder解释说,缓慢增长的腿允许算法(控制器)通过先摆动然后平衡来处理机器人语言中的问题。这个步行控制器与我们之前看到的不同。于是它逐渐学会了如何走得更快,最终掌握了更自然的脚步

  当然,在现实世界中,机器人很难改变身体或者长腿,而班加罗尔却使用乐高机器人来开发一个概念验证机器人,这个机器人有一个简单的脊椎和四条腿,起初,额外的支柱帮助四条腿像蜥蜴一样伸展,但逐渐将它们拉到一起,最终让机器人站立在它的腿上。班加德说,原型显示,真正的机器人也可以使用类似的过程来演变有效的步法。

  2大狗运输机器人

  大狗运输机器人

  无论是两腿还是四腿,步行机器人都比轮式机器人或非机动机器人更像动物,因此步行机器人更容易融入人的生活,看起来更可爱,更酷。科学家研究机器人的腿部运动机制,不仅仅因为它们看起来很可爱,而且使机器人更好地服务于人类。

  Bangalder说,有腿的机器在轮式机器上肯定比在崎岖的山路上行走更好。这就是为什么美国军方慷慨地花费数百万美元资助波士顿电力公司开发的一种大型的狗运输机器人大狗是一种动态平衡四足机器人,其容量为300磅(约合136千克),可以通过泥泞,雪,冰,煤渣等路面,一只大狗的四条腿如此逼真,让一些人感到不安,即使是在强推的情况下,大狗仍然坚定地站立着,班加罗尔的模拟机器人也显示类似的稳定。

  漫游机器人

  流浪者机器人

  征服崎岖的山路不是开发有腿步行机器人的唯一目的。事实证明,步行机器人也适合长途旅行。垂直的腿(与蜥蜴那样的水平腿相对)像钟摆一样前后摆动,有助于向前移动。像人类一样,机器人的这种运动只需要很少的能量,班加德说,这种方式非常节能,这是双足派进化的原因之一。我们人类可以不费力气就可以走很长的路。

  去年,美国康奈尔大学开发的走路机器人漫游车,打破了机器人步行记录14.3英里(约23公里)。尽管有四条腿,但是漫游车在技术上是双足机器人,因为它的双腿成对工作。康奈尔大学研究小组表示,漫游者脚步可能不够优雅,但花费2万步电耗仅为1美分。

  4.火焰机器人

  火焰机器人

  以前,步行机器人吸引人们的注意力并不是因为实用,而是因为新颖性,因为它们设计起来比较困难。实际上,开发一个成功的步行机器人需要一个完全不同的设计。研究人员感兴趣的领域之一因为20世纪90年代是被动的动力或动力,由航空工程师特德·麦吉尔(Ted McGill)开发的双腿机器人非常现实,可以在没有任何发动机的情况下下坡。

  荷兰代尔夫特理工大学的机器人实验室在这方面更进了一步。他们开发的机器人是无动力或无动力的。正如人类走路时腿部自然摆动一样,这些机器人走路更自然,力量自然地融入脚步。这些行走模式的不断变化对机器人设计师来说是一个挑战。他们必须更好地将生物学的灵感融入机器人控制系统。

  代尔夫特理工大学开发的火焰机器人在臀部,膝盖和脚踝处采用弹性机构,这意味着每个发动机和相关联的接头之间存在弹簧,而不是直接连接到接头的发动机。火焰机器人研究员之一马丁·维斯(Martin Wiese)解释说,这种方法可以吸收脚踩在地面上的影响。

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