小轮式机器人穿上“新鞋”越野
2020-08-20 阅读量:45 来源:机智网

佐治亚理工学院的研究人员展示了一种移动机器人,该机器人可以更换自己的“鞋子”以适应不同的地形。



在为机器人设计移动系统时,通常的目标是提出一个单一的系统,使您的机器人能够执行您可能需要做的所有事情,无论是步行,跑步,滚动,游泳还是这些事情的组合。然而研究团队人类在面对这些事项时,会根据不同的场景及环境更换不同的鞋子,例如运动鞋,登山靴,溜冰鞋,滑雪板和脚蹼等,优化研究其出行系统。


在ICRA上,佐治亚理工学院的研究人员展示了这种换鞋方法如何应用于机器人。他们不仅想出一种可以使用“可互换推进器”的机器人(他们称其为机器人的鞋子),但至关重要的是,他们设法用一只可爱的小机器人手臂自行完成了互换。


是不是很漂亮?机器人的鞋子、推进器,紧密的安装在轮子上的T形槽中,并且通过几何定位和永久磁铁的组合来保持安全。这就产生了一个相当简单的附着系统,只要机械手以正确的方式摇动滑靴,就具有高的夹持力和较低的分离力,交换一个推进器大约需要13秒。


尽管推进器交换能力确实需要机器人自己携带推进器,这意味着它必须携带一个相当高自由度的机械手,但机械手至少可以用于其他各种有用的事情。许多移动机器人已经有了一种或另一种机械手,尽管它们通常用于世界交互而不是自我修改。通过对结构或自由度进行一些调整,移动机械手也有可能利用可交换推进器。


从这个意义上说,一个具有永久轮腿的机器人可以做这个机器人所做的一切,而不必担心手臂或推进器的交换,结果证明这对效率有很大的影响。在平板混凝土上的轮式结构中,机器人的运输成本为0.97,研究人员称“与混凝土上的腿形结果相比,这大约降低了三倍。”最终,机器人将能够处理更广泛的地形,多亏了船上各种推进器的储备。


机器人使用安装在其背面的机械手从隔室取回推进器,并将其固定在其车轮上。 照片:佐治亚理工学院


迄今为止,大多数车载机械手的主要设计目的都是感知外部环境并与之交互,而不是机器人。因此,车载机械手可能无法访问机器人的所有部件或无法感知手臂与车身之间的相互作用。其次,运动在推进系统和地面之间涉及相对较高的力。过去,为了最小化尺寸,质量和功耗,车载机械手一直是轻量级的。结果,这种机械手不能施加很大的力。因此,任何可互换的推进器必须既能够承受较大的机车负载,又必须易于以低操纵力进行调整。这两个要求常常彼此矛盾,这就产生了一个具有挑战性的设计问题。研究团队的ICRA演示中有一个故障视频,说明了当设计不够坚固时会发生什么。


该移动机器人的自主行为限于在更换鞋子/推进器的过程中机械臂的轨迹跟踪。根据人工命令启动换鞋,换鞋操作是脚本化的轨迹。对于完全自主的版本,研究团队将需要一种能够识别地形的路径规划算法,以便确定何时进行调整。这可以通过车载感应或预先加载的地图来完成。 


研究团队设想该概念可以应用于广泛的运动系统。由于经常使用旋转执行器,设想以类似方式更改线性执行器的末端执行器。同样,这些方法可用于修改无源组件,例如在机器人的后部增加尾巴,在前部增加犁或重新分配系统质量。


目前,该机器人的推进器设计用于崎岖的地形,但是研究人员正在探索不同的形状,这些形状可以帮助在雪,沙和水中运动。照片:佐治亚理工学院


团队非常高兴探索各种各样的推进器,现阶段的研究重点是改善现有地面车辆的性能。正在为手臂增加感应功能,以便可以更快,更耐用地执行交换推进器。此外,研究团队正在寻求根据车辆的独特功能定制运动计划算法,有兴趣研究其他类型的改编。这可能涉及可互换的推进器或车辆性能的其他变化。操纵创造了很大的灵活性,研究团队对如何设计新型车辆以利用基于操纵的适应性产生了广泛的兴趣。 

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