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比波士顿机械狗多几个车轮的瑞士公司开发了车轮脚复合式移动机器人

发布时间:  来源:河洛网

对于很多机器人粉来说,说到四足机器人,很多人相信首先想到的是波士顿动力的机器人狗。

比波士顿机械狗多几个车轮的瑞士公司开发了车轮脚复合式移动机器人

波士顿动力创立于1992年,是全世界双腿机器人的先驱。 在四足机器人领域,瑞士ANYbotics是波士顿动力的有力竞争对手,Anybotics Any Mal是完全不输于波士顿动力SpotMini机械狗的存在。

ANYbotics是苏黎世联邦理工大学的一组工程师于2016年成立的。 苏黎世联邦理工学院机器人系统实验室( RSL )的衍生公司,以发售机器人ANYmal而闻名。

到目前为止,ANYmal已经推出了可以用四条机器腿行走、横穿不平坦地形、爬楼梯的无轮版四足机器人。 最近,研究小组给机器人增加了实用的车轮。

据悉,苏黎世联邦理工学院的研究小组自2018年以来,在ANYbotics公司的实验轮式机器人和新原型中,在机器人的每条脚上安装了4个装有轮毂电机的车轮。

该轮足复合式移动机器人是轮式机器人在平坦路上的效率与足式机器人在起伏路上的卸载能力相结合的。

穿着轮滑鞋的人和车轮驱动的机器人之间有重要的区别。 如果设计得当,机器人可以控制车轮。 那个微妙的差异是人类永远无法比拟的。 我在波士顿动力公司的二轮人形机器人Handle上看到了这个,到目前为止Handle似乎还没有充分利用有腿的潜力。

“ 车轮” 像滑冰一样迄今为止为了滑动波士顿的动力来开发市场,为Handle车轮机器人确定了方向。 轮式机器人狗的搜索任务取决于ANYmal等创业团队。

苏黎世联邦理工学院的ANYmal研究开发小组早就在他们的机器狗上安装了四个车轮。 当时,只发表了这四条脚底车轮能像滑冰一样滑行,在振动中爬行前进。

另外,ANYmal一边保持身体重心“ 单边桥” 。

最近,这个团队就这个机器人发表了更多的视频,证明了轮转版的ANYmal更成熟、稳定。 但是,具备固定车轮的ANYmal不会失去作为腿脚机器人的步行能力,依然是“ 穿轮滑鞋” 前提是步行完成一些移动、方向调整等任务。

相关研究人员表示,带车轮ANYmal与其他带车轮机器人相比,可以实现更强的动态运动,运输成本也降低了83%,与腿式机器人相比有明显的优势。

在2019年的DARPA机器人地下挑战中,ANYmal踏上了&ldquo的风车” 跨越障碍的能力非常强。 这意味着跨越障碍的能力比轮式机器人强,比腿式机器人走得快,当时研究者表示是世界上第一个应用于实际任务的轮式腿式混合驱动机器人。

在最近发表的视频中,ANYmal的行走机器人的四个脚部和四个车轮,及其进行的各动作无缝融合,还设计了切换车轮模式和步行模式的算法,提高了ANYmal的速度和稳定性。

车轮和腿合起来有什么作用? 让我们看看车轮和腿对齐后机器人的移动性为什么会发生巨大变化。

图|ANYmal轮足机器人显示了最佳混合步态

这样的行走机器人不仅成功地克服了斜坡和楼梯等车轮机器人的障碍,而且在速度上也超过了四足机器人。

ANYbotics公司的四足机器人ANYmalC可以在动态人类环境中高度自主地执行任务。 还具备同步定位和匹配技术( slam )功能,立体光学相机提供360度视场深度信息,激光雷达系统提供附加的环境数据,在机器人100米范围内

这次回合版ANYmal是“ 盲目” 机器人不需要照相机和激光雷达,就可以动态选择最佳的混合步态,使车轮的滚动和腿部的脚步融合,但只有对车轮下地形的感觉,才能根据各腿车轮的运动效果,在滚动和步态之间无缝切换。

在一个车轮没有效率的情况下,车载传感器和运动计划微控制器可以选择性地控制各车轮的转矩,在维持与其他脚的协调的同时将该脚切换到步进运动。 一般来说,像ANYmal这样的行走机器人的移动速度会降低运输成本,而不会降低应对复杂地形的能力。 这是因为侧倾比步行更有效率。 该机器人能够以达到4米/秒的速度实现高度动态的运动,与此相对,已经面向海外销售的四足无轮机器人ANYmalC的移动速度为1米/秒。

图|ANYmalC

ANYmal机器人还可以根据特定情况切换腿部/车轮的运动方式。 车轮电力“ 安培” 有没有切换到腿动作的障碍物。 这个机器人也非常小型,和其他四足机器人保持着相似的外观。

图|初始原型,会滑冰的动画片

苏黎世联邦理工大学的MarkoBjelonic先生说,他是负责这项研究的科学家之一,无需事先定义步行时机,即可通过程序自动找到周期性步行序列。 根据机器人现在的状况,各条腿什么时候离开地面是个好时机,这种方法在起伏不定的地形上相当有效。

关于将来是否为这种行走机器人的装饰传感器识别地形,Marko此次提出的论文只是基于机器人本体的感觉信号,没有使用地形识别进行与环境相应的步态变换。 他们惊讶于这个框架在平坦不平的地形上已经有效果了。 但是,他们现在正在研究前期根据地形,让机器人计划步态序列的扩张。 这种地形响应的扩展可以处理更复杂的障碍物,如楼梯。

图|轮脚也可自由行走

他说现在的车轮不能转向。 这是一个很好的挑战。 这是因为机器人必须探索混合滚轮和步行的运动。 从应用的角度来看,车轮可以转向,也许是有益的。 他们分析了腿的配置和各腿的运动量,能够旋转机器人的髋关节内转/外转,在不增加机器人复杂性的情况下增加了机器人的机动性。

Marko还认为有腿的机器人应该有车轮,轮足机器人将来会更普遍。 自然界没有这样的运动方式,设计轮足机器人更具挑战性也可能是没有出现类似生物的理由之一。 现在,车轮行驶的ANYmal、CENTAURO机器人、波士顿动力公司的Handle等脚环机器人平台只有少数,但现在随着这个领域的进步,出现了更多类似的概念机器人。

关于将来,我们正在研究使机器人能够在地面和有挑战性的障碍物上进行更复杂的运动的框架。 这里的挑战是找到对这种高维问题最合适的机动性,以及在实际的机器人应用中稳定地执行这些运动。

关于这项研究的论文& ldquo whole-bodympcandonlinegaitsequencegenerationforwheeled-legged robots & rdquo; 发表在arXiv预印本平台上。 论文是苏黎世联邦理工学院的几个作者写的。

图Wheeled-ANYmal、ASCENTO、Handle等最近的脚环机器人平台

现在人们对机器人的运动要求也越来越复杂了。 工作环境的复杂性和多样化对移动机器人的机械结构设计提出了越来越高的要求,对于有腿的机器人,疫情在欧美蔓延的2020年似乎是有突破性的一年,从资本方面的动向来看,美国机器人开发公司的AgilityRobotics 机器人刚开始成为主流,市场似乎准备继续增长。

以往,机器人有移动腿的倾向,或者有使用车轮移动的倾向。 大部分腿结合的腿式机器人还在研究领域。 ANYmal这次展示的四足轮式机器人的潜力标志着未来机器人领域的发展方向吗? 这个可能需要交给时间。

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