球虫机器人SIMbot比人还苗条,以球为脚走四方

2016年10月11日 13:46  

十多年前,Ralph Hollis打造了一款非常优雅的瘦高型机器人ballbot。它机动灵活,能稳稳当当地支撑在一个比保龄球还小的球形轮子上,并由这个球轮推动着四处行走,风头一时无两。

近日,卡内基梅隆大学机器人研究协会的Hollis教授以及日本东北学院大学的工程学教授Masaaki Kumagai联手打造了一款优雅程度不输ballbot的最新版本,叫作SIMbot,而驱使它运动的部分只剩下了一个:球。

是的,SIMbot摒弃了前一代ballbot的机械传动系统,极简的机械系统让它不易受损,所以连日常的维护都免了。全新的发动机使用一个电子控制装置就可以驱使球体往任意方向运动,而在这个运动的过程中,SIMbot的机身主体会在球体上保持平衡。

只要你把SIMbot和机械传动的ballbot做个对比,就知道新生代SIMbot的速度完全可以和老司机ballbot媲美——大概一秒走1.9米。“其实它们也可以健步如飞,但这样就不见得走得够稳了。”曾取得机器人学硕士的Hollis实验室前成员Greg Seyfarth解释道。

感应电动机其实并不新奇。在电动旋翼中,它们不是通过电力连接感应电流,而是磁场。唯一的引人瞩目的地方是,旋翼是球状的,而且它在三条轴线结合的情况下可以往任意方向移动,简直拥有全方位能力——是的,Hollis和Kumagai让球体具备了全方位运动的能力,而不是仅仅向前或是向后移动几步。

“发动机要靠大量电子器械和软件才能运作,”他解释道。“但目前的趋势是,电子器械和软件的价格会越来越亲民,但是机械系统的价格下降幅度并没有那么大。”

比起之前的ballbot,SIMbot从简的机械构造是个巨大的突破。Hollis认为它很适合与人类协同工作,因为机器人的身体能够在发动机的球体上方保持平衡,高瘦的ballbot不需要缩骨功,就可以穿过一些狭长的地带,比如走廊和家具之间的狭长空隙。必要的时候,人们也可以帮它们一把。但是它的自主性还是不容忽视的——SIMbot可以执行一些简单的任务,比如帮助坐在椅子上的人们站起来,帮他们拎东西,或是做人类忠实的引导员。

目前,通过移动球来保持机器人平衡的机制完全依赖于机械方法。Hollis打造的SIMbot用了一种叫做“逆向鼠标球”的方法:四个电机驱动滚筒会贴着球体,这样就可以驱使它向任意方向滚动。同时,第五个发动机会控制机器人的偏航运动。

“但是驱动滚筒的传送带会磨损,需要替换,”一个机器人领域的博士Michael Shomin说道。“传送带替换掉之后,系统会进行重新校准。”他还表示,新发动机的电晶体系统较为省时。

球形感应电机的旋翼是个运作精准的铜壳空心铁球。球内的电流会感应到六个分别配备了三相绕丝的叠层固定钢片。叠层固定钢片被安置在球旁边——它并不是完全垂直的。六个叠层固定钢片会在球内产生磁波,让球体沿着磁波的方向移动。磁波的方向会受钢片里电流的变化而改变。

除了Hollis和Kumagai之外,机器人学博士Ankit Bhatia和来自萨尔茨堡应用科学大学的访问学者Olaf Sassnick也参与了研发,将发动机改良得更适合SIMbot。

“就算发动机性能没有得到优化,SIMbot的表现已经足够惊艳,”Hollis说道。“我们期待SIMbot技术会让ballbot的可用性、实践性和接受度都能提高。”

国家科学基金会和日本的科学研究费补助基金(KAKENHI)赞助了这项研究。今年五月举办于瑞典斯德哥尔摩IEEE ICRA上,研发团队展示了他们的研究成果。(雷锋网)

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