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四足行走由加压空气控制并提供动力
2021年05月08日    阅读量:2486     新闻来源:中网行业信息网    |  投稿

加州大学圣地亚哥分校的工程师创造了一个四足的软机器人,不需要任何电子设备即可工作。机器人只需要一个恒定的压缩空气源即可执行其所有功能,包括控制和运动系统。


四足行走由加压空气控制并提供动力 中网行业信息网


该团队由圣地亚哥加州大学雅各布斯工程学院机械工程教授Michael T.Tolley领导,在2021年2月17日的《科学机器人》杂志上详细介绍了该发现中国机械网okmao.com


博士Dylan Drotman表示:“这项工作代表了朝着完全自动化,无电子化的步行机器人迈出的重要但重要的一步。是Tolley研究小组的学生,也是该论文的第一作者。


应用包括用于娱乐的低成本机器人技术(例如玩具)和可以在电子设备无法工作的环境中运行的机器人(例如MRI机器或矿井)。软机器人特别受关注,因为它们易于适应环境并在人类附近安全地操作。


大多数软机器人由压缩空气提供动力,并由电子电路控制。但是,这种方法需要复杂的组件,例如电路板,阀门和泵,这些组件通常位于机器人的体外。这些组成机器人大脑和神经系统的组件通常体积庞大且昂贵。


相比之下,加州大学圣地亚哥分校的机器人由机器人自身的轻便,低成本的气动回路系统控制,该系统由管道和软阀组成。机器人可以根据命令或响应其从环境中感应到的信号而行走。


机器人不受束缚行走的视频,由装有压力调节器的机载加压二氧化碳罐提供动力。视频加速4倍。


该研究的资深作者托利说:“采用我们的方法,您可以制造出非常复杂的机器人大脑。” “我们的重点是制造控制步行所需的最简单的气动神经系统。”


机器人的计算能力大致模拟了哺乳动物的反射,这种反射是由脊柱而不是大脑的神经反应驱动的。该团队的灵感来自动物体内发现的神经回路,称为中央模式发生器,该电路由非常简单的元素组成,可以产生有节奏的模式来控制步行和跑步等动作。


非洲侧颈乌龟的视频展现了对联步态的步态–这是本研究的软腿四足机器人的灵感来源。


为了模仿发电机的功能,工程师建立了一个阀门系统,该阀门充当振荡器,控制加压空气进入机器人四肢的气动肌肉的顺序。研究人员构建了一个创新组件,通过延迟向机器人腿中注入空气来协调机器人的步态。机器人的步态是由侧颈乌龟启发的。


机器人依靠一系列按特定顺序打开和关闭的阀门来行走。图片来源:加利福尼亚大学圣地亚哥分校

机器人还配备了简单的机械传感器,即在机器人臂伸出的动臂末端处充满液体的小气泡。当气泡被压下时,流体会使机器人中的阀门翻转,从而使其反向。



 

《科学机器人》论文是在其他研究小组以前的工作的基础上进行的,这些研究小组开发了基于气动阀的振荡器和传感器,并添加了实现高级功能(如行走)所需的组件。


视频介绍了这项研究的主要概念和发现。


该机器人配备了三个用作逆变器的阀,这些阀导致高压状态在气动回路中扩散,每个逆变器都有一定的延迟。


机器人的四个腿中的每个腿都有三个由三个肌肉驱动的自由度。支腿向下倾斜45度,由三个平行的,相互连接的带有波纹管的气动气室组成。


当腔室受压时,肢体向相反的方向弯曲。结果,每个肢体的三个腔室提供了行走所需的多轴弯曲。研究人员将每条腿的对角线彼此配对,从而简化了控制问题。


一个软阀在逆时针和顺时针之间切换肢体的旋转方向。该阀相当于所谓的闭锁双刀双掷开关,这是一个具有两个输入和四个输出的开关,因此每个输入都有与其连接的两个对应的输出。这种机制有点像需要两条神经并在大脑中交换它们的连接。


柔软的四足机器人绕过障碍物行驶的视频,由双腿三阀环形振荡器控制,从单腿对角步态手动切换到对角联步态,加速了4倍。


将来,研究人员希望改善机器人的步态,使其可以在自然地形和不平坦的地面上行走。这将允许机器人在各种障碍物上导航。这将需要更复杂的传感器网络,并因此需要更复杂的气动系统。


不受束缚的软四足机器人,带有由压力调节的CO2罐供电的板载软阀;关键组成部分以及前进时腿部运动的方向都标有标签。


该团队还将研究如何使用该技术来创建机器人,该机器人部分由气动电路控制,以实现某些功能,例如步行,而传统的电子电路则具有更高的功能。


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