日本大阪大學研究人員推出能夠自動生成步態的弱力四足機械人

作者:Fiona    發表日期:2018-05-10 12:48:08

原標題:日本大阪大學研究人員推出能夠自動生成步態的弱力四足機械人

對於那些研發四足運動機械人的專家而言,往往需要耗費大量時間來製定機械人步態控製策略,這樣才能確保它們行走時更加穩定、並適應各種不同環境。一般來說,科學家會使用先進的控製器來讓機械人更有效地完成工作任務,比如向機械人指派給定任務,或是根據特定地形來選擇適當的步態。

不過現在,一批來自日本大阪大學的研究人員正在嚐試採用不同的方法,依靠四足機械人的身體和周圍環境之間的相互作用,加上一些弱力腿部電機的支持,在不需要任何傳感器或控製器的條件下讓機械人自動生成步態。

這個概念最厲害的一點,就是可以利用低扭矩直流電機的機械無緣性構建出一種振蕩器模型,並以此產生步態。四足機械人的每個腿中的低扭矩電機會利用純物理機製來延遲和調整腿的相位:它自身的弱力。該機械人沒有傳感器,沒有控製器,隻有弱力製動器,但卻可以自動生成各種步態。

在相關實驗中,唯一需要改變的是驅動四足機械人腿部的四台直流電機的輸入電壓。機械人生成的步態,是從地麵和機械人的電機之間的互相作用自發產生的:電機的力度足夠弱,但是當機械人有較大力量推動四足移動時,電機的運轉就會放慢,形成一種平衡,這樣就會讓機械人四足在運動的時候保持力量同步。此外,電機同步的模式取決於機械人四足的移動速度,不同的速度會導致產生不同的步態。

四足機械人的當前配置——2.5伏特和4伏特的電壓輸入,可以表現出兩種穩定的步態。2.5伏特電壓輸入可以讓四足機械人以對角線序列的方式移動,4伏特電壓輸入則會產生橫向移動的步態。另外,當輸入電壓為1.5伏特時,四足機械人可以在幾個不同的步態之間轉換,但是表現並不穩定。而當輸入電壓為6伏特時,四足機械人的表現可以在以下視頻中看到:

研究人員認為,步態變化和機械人的固有結構也有一定程度的關聯,包括機械人記住在滾動和偏航時會彎曲多少,身體部分的重量有多少,以及機械人的重心高度等。本質上來說,通過機械人的自身配置產生的步態在某種意義上是一種「自然振蕩」,而且不同的機械人配置可以產生不同地「振蕩」,繼而導致出現不同的步態。研究人員還稱,他們的實驗或許可以「解釋四足動物步態調整的物理機製」。當然啦,如果要下最終定論,可能還需要更多的證據予以支持。

的確,也許有人會說這種「設備」根本算不上是一款機械人——甚至從技術角度來看,叫它機械自動機或許會更準確一些。但盡管如此,該「設備」創始人依然堅持稱其為機械人,而且他們還在2017 IEEE機械人和生物模擬國際大會上發表了相關論文。

VIAIEEE雷鋒網編譯

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本文來源:http://tech.ifeng.com/a/20171101/44740674_0.shtml

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