Salto机器人新功能可连续跳跃越过障碍物并能感觉自己万芳展示架

2020-02-14 12:07

05-29

作者:University of California - Berkeley

加州大学伯克利分校的研究人员于2016年首次公布了Salto的高空飞行能力。现在,他们已经为机器人配备了一系列新的技能,使其能够像一根弹簧一样在原地弹跳,像一只敏捷的狗一样跳过障碍物。Salto甚至可以在校园里短途旅行,由无线电控制器供电。

研究人员希望Salto能够推动小型、灵活的机器人的发展,这些机器人可以在瓦砾堆中跳跃,帮助完成搜索和救援任务。他们于5月21日在蒙特利尔举行的2019年机器人与自动化国际会议上介绍该款机器人的新技能。

“小型机器人真的很适合做很多事情,比如在大型机器人或人类无法适应的地方跑步。例如,在一个灾难场景中,人们可能被困在瓦砾下,机器人可能真的有助于以一种对救援人员不危险的方式找到人们,甚至可能比救援人员在没有人帮助的情况下做得更快,”加州大学伯克利分校机器人研究生Justin Yim说。我们希望Salto不仅小,而且能跳得非常高,非常快,这样它就能在这些困难的地方航行。”

Yim与加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的电子工程和计算机科学教授Ronald Fearing合作,他的仿生微系统实验室探索如何将动物运动力学应用于制造更灵活的机器人。

Fearing的实验室以制造受到昆虫启发的机器人而闻名,这种机器人可以安全地爬过复杂的表面,但这些表面对于轮式机器人来说太光滑或太粗糙,无法导航。在设计Salto时,它代表着“在地形障碍物上的跳跃运动”,而Fearing则希望创造一个通过跳跃从一个地方移动到另一个地方的机器人。

Salto的单腿,模拟的是加拉戈,或塞内加尔丛猴宝宝。这种小型的树栖灵长类动物的肌肉和肌腱以一种方式储存能量,使这种活泼的动物能够在几秒钟内将多次跳跃串在一起。通过连接一系列的快速跳跃,Salto还可以在复杂的地形中航行,比如一堆碎片,如果不跳跃或飞行,那可能是不可能穿越的。

“不像蚱蜢或蟋蟀卷起一跳,我们正在寻找一个机制,它可以跳,跳,跳,跳,”Fearing说。这使我们的机器人能够从一个位置跳到另一个位置,然后使它能够暂时降落在我们可能无法停留的表面上。”

三年前,Salto的设计团队演示了该机器人如何跳跃,然后通过从墙上跳起,立即跳得更高,使其成为世界上最灵活的垂直机器人。从那时起,Yim一直在领导设计复杂的控制系统,让Salto掌握越来越复杂的任务,如原地弹跳、在障碍物路线上导航或跟踪移动目标。

Yim还为Salto配备了新技术,使其能够“感觉”自己的身体,告诉它指向的角度和腿的弯曲程度。没有这些能力,Salto只能呆在伯克利的一个工程建筑中的一个房间里,在那里,运动捕捉摄像头可以跟踪它的准确角度和位置,并将数据传回计算机,计算机会快速处理数字,告诉Salto如何调整角度,以便进行下一次跳跃。

现在Salto有了自己的感觉和自己的运动,机器人可以自己进行这些计算,允许Yim把机器人带到外面,用操纵杆和无线电控制器告诉它去哪里。

“动作捕捉对于让机器人在受控环境中精确地跳跃非常有用,它给我们提供了大量非常好的数据。问题是,我们不能把它拿出来在任何地方使用,因为安装所有这些摄像头需要很长时间。我们真的很想把机器人带出去到处跳。为了做到这一点,我们需要机器人能够计算出它在哪里,它在做什么——只需要把计算机放在它自己的身体上。”

Salto现在可以在伯克利大学校园里散步了,在那里它成功地在人行道、砖墙和草地上行走。Yim说,使Salto成为可能的数学模型也可以推广到其他类型机器人的运动。

Yim说:“通过了解这些动力学对Salto的工作方式,以及它的质量和尺寸,我们可以将同样的理解扩展到其他系统,我们可以制造出更大、更小、形状不同或重量不同的机器人。”

在未来,Fearing希望继续探索跳跃机器人的可能性。

“Salto是我们迈向能自由跳跃的机器人的第一步,”Fearing说。我们可以扩展salto来添加一个?这个?例如,能够抓住树枝着陆并从这些物体上发射。所以,Salto从一个非常简单的机制开始。只是一条腿。它为更复杂的机器人提供了一个基础,这些机器人也可以具有很高的动态性,并且可以进行很多跳跃。”

这项研究得到了陆军研究办公室第W911NF-18-1-0038号拨款的支持。加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的本科生Eric Wang也是该论文的作者之一。

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