四足行走由加压空气控制并提供动力谈芳兵
2022-07-28 12:42:51 小源娱乐网
四足行走由加压空气控制并提供动力
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。
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
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和可以在电子设备无法工作的环境中运行的机器人。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。