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可根据地形提前改变自身的形状的野外变形机器人!
大学仕 2021-03-17 09:31
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       想象一下当你在水泥人行道上奔跑,穿过干燥的沙子。为了保持直立,您必须放慢脚步并改变跑步方式。同样,步行机器人也需要改变步态以适应不同的表面。一般来说,我们人类和大多数机器人只能更改我们行进的速度。但是,如果我们还可以改变身体的形状以在任何表面上尽可能快和安全地运行,结果会怎么样?

       我们希望依靠机器人来完成艰巨而危险的任务,从检查失效的核反应堆到太空探索。对于这些任务,静态物体可能会限制机器人的适应性。在这些意想不到的环境中,变形的身体可能会在成功与失败之间有所作为。变形机器人可以学习适用于不同环境的最佳身体形状,并适应新环境。通过与奥斯陆大学合作,已经用四足机器人成功地测试了这个方法,该机器人使它的身体适应看到的新表面行走,其性能优于静态机器人。研究发表在《自然机器智能》上。

       DyRET是用于实现测试的动态机器人,或者是其创造者TønnesNygaard在挪威语中是“动物”的意思 ,旨在探索变形机器人的概念。DyRET的四条腿中的每条腿都有两个伸缩部分,因此它可以改变大腿或胫骨的长度。调节是通过内置在腿中的电机进行的,并且可以在机器人操作时自动更改长度。电机可以将DyRET的高度从60厘米更改为73厘米,幅度大约为20%。这13厘米对机器人的行走产生了巨大的影响。腿短时,DyRET稳定但缓慢,重心较低。在最高模式下,DyRET行走时更不稳定,但步幅更长,从而可以更快地行进并越过障碍物。

DyRET机器人可以更改其腿部的配置,以适应不同的地形。

       DyRET还具有传感器,以跟踪其运行情况。DyRET的每只脚都有一个力传感器,可以感觉到地面有多硬。3D摄像机指向DyRET的前腿之间的地面,以估计地面的粗糙度。

适应性更强

       当DyRET行走时,它会通过脚和3D摄像头不断感应环境。当机器人检测到地面条件发生变化时,它可以更改为最佳的腿长。但是,机器人如何知道什么形状最有效?通过探索DyRET在不同情况下学习最佳腿部配置的两种方法:受控的环境,表面已知的室内以及外部的实际测试。

DyRET在室内环境中从纤维水泥走向砾石。

       在我们的受控测试中,DyRET在大约5米长的盒子中行走,该盒子包含不同的行走表面:沙子、砾石和硬质纤维水泥板。机器人在25种不同的腿部结构中的每种材料上行走,以记录其运动效率。根据这些数据,我们测试了机器人自动感知盒子内行走表面变化并选择最佳身体形状的能力。尽管我们的受控实验表明DyRET可以成功地使它的身体适应以前行走的表面,但现实世界是一个变化多端且不可预测的地方。该方法已经证明,可以通过估计地面状况,改变机器人的身体形状。

       在户外实验中,DyRET使用了机器学习模型,该模型学习了有关从受控测试中获得与地形硬度和粗糙度的最佳腿部配置的知识。随着机器人的行走,它会不断地预测遇到的地形的最佳身体形状,同时通过测量其行走状况的方式来更新其模型。在我们的实验中,DyRET的预测会随着行走的进行而改善,从而使其能够快速生成有效的运动,即使对于以前从未见过的地形也是如此。在室外测试DyRET时,当机器人走到水泥路径上时,它会使腿变长。

变形机器人是未来吗?

       DyRET探索了机器人中的“体现认知”的想法:即,机器人的硬件可以通过将其与环境紧密地联系起来,与其软件大脑协作来解决问题。DyRET的身体不再是其运动的约束,它本身就是在挑战性环境中解决问题的一种自适应方法。DyRET机器人在与现实世界的地形互动时使用AI来改变其身体的形状,从而了解每种情况下最佳的形状。这是非常有益的,尤其是当我们无法预先预测确切的环境条件时,这使得挑选单个“好”机器人形状非常具有挑战性。相反,这些机器人将通过变形来适应各种环境条件。

       我们的概念证明对机器人设计的未来具有重要意义,它可以解锁当前极具挑战性和可变性的不可能的环境。未来的变形机器人可能会在海底使用,或用于太空中的长期任务。

来源:贤集网

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