BigDog:全身共裝有50個傳感器的機器人
BostonDynamics公司是脫胎于美國麻省理工學院的又一個偉大公司,不僅開發(fā)出了行動時具有動物力量和敏捷性的機器人,還開發(fā)出了能夠爬垂直墻壁的其它機器人以及能夠在狹窄空間中操控的變形機器人。所有這些設(shè)備都是放大和改進了動物與人類的能力,可執(zhí)行類似超人的任務(wù)。
這篇文章主要介紹這些創(chuàng)造物中的一種——BigDog,它是一個長有四條腿、三英尺高和三英尺長、重240磅的狗型機器人,它可以爬上泥濘的斜坡,并能承載340磅的負重。
BigDog采用了一個15馬力的微型賽車用引擎。該引擎由一個兩沖程/單缸發(fā)動機組成,采用水冷方式工作,可給液壓系統(tǒng)供電,使之操控機器人的四條腿。這些腿是設(shè)計師仿照大型哺乳動物的自然動作設(shè)計的。共有50個傳感器給計算機饋送信號,幫助機器人保持平衡和方向,并在跌倒或被迫偏離既定路線時幫助機器人恢復(fù)。
慣性傳感器
動態(tài)平衡是身體或細胞的一種能力,在遇到外部變化時它能在內(nèi)部環(huán)境中尋求并保持平衡或穩(wěn)定的狀態(tài)。
在BigDog身上,慣性導(dǎo)航傳感器用于測量狗的姿勢和加速度,關(guān)節(jié)傳感器測量在關(guān)節(jié)處工作的致動器動作和力量。板載計算機從這些傳感器收集信息,并提供對BigDog在空間中如何移動的估計。還有其它傳感器監(jiān)視BigDog的動態(tài)平衡:液壓、流速和溫度、引擎速度和溫度。
適應(yīng)地形
板載計算機同時執(zhí)行低層和高層控制功能。低層控制系統(tǒng)操縱關(guān)節(jié)處的位置和力量服。高層控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)腿的行為來調(diào)節(jié)身體在移動過程中的速度、姿勢和高度??刂葡到y(tǒng)還通過調(diào)節(jié)地面互作用力來保持支撐、推力和牽引力。
BigDog以兩種方式來適應(yīng)地面。它通過調(diào)整身體高度和姿勢來適應(yīng)局部地勢,并調(diào)整腳步步伐來補償機器人身體的方向和相對于重力的地平面。控制系統(tǒng)在爬坡時依靠四足前進,在下坡時使身體后傾,在沿等高線行走時向側(cè)面傾斜??刂葡到y(tǒng)通過細微調(diào)整身體姿勢來適應(yīng)小至中等的斜坡,另外再通過調(diào)整步態(tài)和使用更小步距來適應(yīng)超過45度的陡坡。許多這些仿真結(jié)果都在真實的BigDog機器人上得到了再現(xiàn),除了非常陡的爬坡外,因為此時實際牽引力限制了性能。
激光雷達跟蹤
BigDog不用直接驅(qū)動也不用GPS就能跟隨引路人,而且它可以引導(dǎo)路人穿戴反光標志,在較弱的激光雷達用于定位引路人并產(chǎn)生控制信號。這之后,BigDog便可以近似固定的距離跟隨引路人了。
BigDog的未來
設(shè)計師正在繼續(xù)努力,希望機器人能應(yīng)對更粗糙的地形、具有更好的自動恢復(fù)功能、更安靜的操作和更高的自治性。
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