據美國《連線》雜志報道,隨著科學技術的快速發展,科學家研制出各種機器人,有超大號的曲棍球機器人、像沙灘汽車或者冰箱具有清潔地面的機器人、勘測火星表面的機器人以及配發啤酒的機器人,但研制像人類行走自如的機器人仍存在一定差距。
美國佛蒙特大學的最新計算機模擬顯示,與動物進化十分相似的是,機器人將逐漸進化完善其行走能力。以下是美國《連線》雜志列舉的13款在行走特征方面獨具優勢的機器人:
1、步態進化機器人
通過計算機模擬,美國佛蒙特大學科學家喬什-邦加德(Josh Bongard)建造一個虛擬機器人,可隨著時間改變自己的外形。起初,這款機器人擁有蛇身般的結構,通過應用不同的移動運算法則至該機器人的分段脊椎,如果運算法則能夠成功地使機器人接近預計實現目標進行移動,他們便將該運算法則用于下一分段脊椎設計。如果不成功則放棄。
在每個分段結構中,成功的運算法則還將隨著分段結構的輕微變動而進行驗證,當進行反復性的測試之后,機器人將“進化”形成成熟有效的運動模式。隨著分段結構不斷地增長,模擬系統中機器人的腿部運動從最初的滑行開始向步行演變。
邦加德說:“這種緩慢生長的機器人腿部能從機器人角度使運算法則作為‘控制器’去處理問題——先學動擺動身體,再實現身體平衡。同時,這也將適用更成熟的步態。”應用于現實版的機器人設計,起初它擁有一個簡單的關節型脊柱和4個機器腿,之后用一個額外的支柱幫助四條機器腿像蜥蜴一樣向外伸展,再逐漸進行收攏,最終這款機器人可以站立起來。邦加德稱,該種模型顯示出機器人能夠真實地進化形成成熟有效的步態。
2、大狗機器人
無論是兩腿、四腿還是多腿機器人,這些步行機器人要比輪式機器人或者非移動機器人看起來更像動物。它們可以更容易地溶入人類的生活,也看上去更加可愛,容易被人們所接受。機器人的腿部運動機制對于未來機器人的發展具有重要作用。
邦加德說:“有腿機器人能夠比那些輪式機器人更適應崎嶇的地形。”這也是美國五角大樓為什么斥資數百萬美元資助波斯頓動力公司研制“大狗機器人”的原因,這種四腿機器人像背負物體的騾子,能夠攜帶136公斤(300磅)的物體行走于泥濘的雪地、冰面或者煤渣中。同時,即使在受到較大的推擠力作用下,它依然能夠較穩地站立。
3、“突擊隊員機器人”
2010年7月,美國康奈爾大學最新研制一款機器人“突擊隊員(Ranger)”,能夠11小時之內行走23公里,建立了一項非官方世界紀錄。7月6日,機器人“突擊隊員”圍繞著康奈爾大學巴頓體育館的田徑跑道行走了108.5圈,每圈約212米,這款機器人從啟動到電池耗盡停止共走了7萬步。整個過程僅是研究人員在附近進行遙控。據悉,之前的世界紀錄是由波士頓動力公司“大狗”機器人創建的,共完成20.59公里行程。康奈爾大學理論和應用機械系教授安迪-魯伊納(Andy Ruina)帶領幾位工程系大學生共同完成這項研究。此前魯伊納實驗室的學生們在2008年4月創建了一項機械人行走紀錄,當時“突擊隊員”行走了9公里。之后波士頓動力公司的“機械大狗”才打破了這項紀錄。
這項機器人研究的目標之一是為了展示“突擊隊員”機器人的有效動能,不同于其它使用發動機控制移動的行走機器人,“突擊隊員”機器人使用重力和動力促進雙腿向前行進,它表現得更具靈活力,在一定程度上可與人類行走相媲美。
這款機器人看上去就像一個高鋸木架,它的步態就像是一個拄著拐杖的人,它有4個支架腿,沒有“膝蓋”結構。魯伊納稱,通過這項機器人行走實驗,不僅有利于促進先進機器人的發展,還可幫助這些大學生更深刻地理解機器人行走的原理,這些原理和信息可應用于人類義肢研究和殘疾肢體恢復,并有助提高人們的運動能力。
4、“火焰機器人”
步行機器人之所以吸引人們并不是它們的實用性,而是因為它們的新奇性,畢竟這樣的機器人設計難度較大。自上世紀90年代,科學家們就一直關注一個領域——“被動動力學”,航空工程師泰德-麥克吉爾(Tad McGeer)研制了一款非常像人類的兩腿機器人——“火焰機器人”,這款機器人無需任何發動機,便能自如地在下坡路上行走。
據悉,火焰機器人的臀部、膝蓋和踝骨采用了彈性結構,也就是每個發動機和相應的關節之間都有一個彈簧,而不是發動機與關節直接相連接。
步行機器人一路走來
時間:2011-04-06
來源:網絡轉載
導語:隨著科學技術的快速發展,科學家研制出各種機器人,有超大號的曲棍球機器人、像沙灘汽車或者冰箱具有清潔地面的機器人、勘測火星表面的機器人以及配發啤酒的機器人
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