工程师们创造了一种由四脚爬行生物启发的机器人

摘要:

工程师们创造了一种四脚生物启发机器人,它的攀爬能力独一无二。它利用一种独特的机制攀附在粗糙的垂直表面上,这种机制非常有效,同时也相对简单。虽然一些实验机器人利用基于吸力的抓取系统来攀爬光滑的表面,但这种技术在岩石等粗糙表面上无法发挥作用,因为在这些表面上无法形成密封。

一种替代方法是使用所谓的微型棘爪。这些夹具包含一系列锋利的小钩子,可以钩住被攀爬表面的小角落和缝隙。当抓取器被抬起,进行下一步攀爬时,钩子就会从表面松开。

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有些微型棘爪是被动的,依靠机器人悬挂身体的重量来保持抓地力。这种类型在相对平坦的墙壁上可以正常工作,但在悬崖峭壁等较不规则的表面上就比较吃力,需要采取更多的攀爬策略。

有源微棘抓取器通过安装电动致动器,将一圈钩子有目的地沉入表面,从而绕过了这一限制,保持了在任何方向上都能起作用的电动抓取。不过,这种装置往往比较笨重、耗能、机械结构复杂,而且攀爬速度相当慢。

这就是四足机器人 LORIS 的用武之地。

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LORIS 是与美国国家航空航天局(NASA)合作开发的,旨在探索其他行星

该装置以一种攀爬有袋类动物命名,同时也取自"不规则斜坡轻型观测机器人"的字样,由保罗-纳丹、斯宾塞-巴克斯、亚伦-M-约翰逊和卡内基梅隆大学机器人力学实验室的同事们共同创造。

机器人四条腿的末端都有一个伸展的微型棘爪,棘爪上有两组棘刺,彼此成直角排列。抓手通过一个被动腕关节与腿相连。这基本上意味着,无论腿部在做什么,抓手都会随之摆动。


罗丽丝的每根微型螺旋管都由一个封装在 3D 打印塑料体内的钩组成

机器人利用板载深度感应摄像头和微处理器,有策略地推进双腿,当一条腿上的抓手抓住攀爬表面时,对侧腿上的抓手--在身体的另一侧,在身体的另一端--也会这样做。

只要这两条对角相对的腿保持抓手向内的张力,抓手就会牢牢地固定在表面。与此同时,机器人的另外两条相对的腿就可以自由地向上迈出下一步。这是一种受昆虫启发的攀爬策略,被称为定向向内抓取(DIG)。

据研究人员介绍,LORIS 结合了被动式微螺纹抓手的轻便、快速、节能和简易性,以及主动式抓手的稳固抓取和适应性。此外,该机器人还具有制造简单、成本低廉的特点。

您可以在下面的视频中看到 LORIS 的工作情况。有关这项研究的论文最近在国际机器人与自动化大会上发表。

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