我的同事在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和控制研究所已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)小型機(jī)器人多維數(shù)據(jù)集,可以自動(dòng)跳起來和平衡的任何一個(gè)角落。
這個(gè)最新版本的Cubli可以跳起來,保持平衡,甚至“走”。這個(gè)新版本是自包含對權(quán)力和使用三個(gè)稍微修改自行車剎車,而不是之前的版本中使用的金屬柵欄。我們目前正在開發(fā)學(xué)習(xí)算法,允許Cubli自動(dòng)學(xué)習(xí)和調(diào)整必要的參數(shù)如果跳轉(zhuǎn)失敗由于惡化的剎車和慣性的變化,體重,或斜坡的表面。
這個(gè)機(jī)器人開始用一個(gè)簡單的想法:
我們可以建立一個(gè)15厘米立方體,可以跳起來,站在平衡的角落里,走過我們的桌子使用現(xiàn)成的汽車,電池,和電子元器件嗎?
有多種方法來保持平衡一個(gè)多維數(shù)據(jù)集,但跳起來需要能量的突然釋放。直覺上動(dòng)量輪似乎是一個(gè)好主意來儲(chǔ)存足夠的能量,同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)集緊湊的和獨(dú)立的。
此外,同樣的動(dòng)量輪可用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于reaction-torque平衡控制算法,利用多維數(shù)據(jù)集上的扭矩反應(yīng)的身體當(dāng)車輪加速或減速。
這項(xiàng)工作嗎?
創(chuàng)建機(jī)器人的第一步,因此,是看物理,如果jump-up基于動(dòng)量輪是可能的。下圖顯示了一些數(shù)學(xué)計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(MOI)輪和完整的多維數(shù)據(jù)集。
這數(shù)學(xué)分析允許的定量理解系統(tǒng),允許通知設(shè)計(jì)選擇,如使用三個(gè)動(dòng)量輪的權(quán)衡與動(dòng)量輪的設(shè)計(jì)安裝在每個(gè)立方體的六個(gè)內(nèi)面臨。
這種分析的另一個(gè)結(jié)果是一個(gè)很好的理解所需的速度動(dòng)量輪允許跳起來的立方體,立方體和保持所需的扭矩平衡。這兩個(gè)因素都是至關(guān)重要的在接下來的步驟:確定所需的硬件規(guī)格。
規(guī)格和硬件設(shè)計(jì)
考慮到所需的速度和扭矩決定,很明顯,動(dòng)量輪的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱為創(chuàng)建機(jī)器人將是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。使用數(shù)學(xué)模型允許系統(tǒng)的定量分析解決這個(gè)問題通過允許更高的速度(即之間的取舍。,更多的能量用于jump-up)和更高的扭矩(即。平衡時(shí),更好的穩(wěn)定)。
這mathematics-driven硬件設(shè)計(jì)導(dǎo)致機(jī)器人的核心硬件組件的詳細(xì)規(guī)格(動(dòng)量輪、電機(jī)、齒輪箱和電池),允許整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
這一步是一個(gè)特殊的設(shè)計(jì)的一部分,剎車突然停止動(dòng)量輪能量轉(zhuǎn)移到整個(gè)立方體和導(dǎo)致它跳起來。
一個(gè)早期設(shè)計(jì)的制動(dòng)器,由一個(gè)螺絲安裝在動(dòng)量輪,一個(gè)伺服電機(jī)(黑色)所示移動(dòng)金屬板(藍(lán)色)螺旋的路徑(淺棕色),和一個(gè)安裝支架(淺棕色)將動(dòng)量輪的能量轉(zhuǎn)移到多維數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)。當(dāng)前的設(shè)計(jì)使用硬金屬零件的組合和橡膠來降低峰值。
2 d原型
驗(yàn)證jump-up和平衡的力學(xué)和電子產(chǎn)品戰(zhàn)略和總體概念證明可行性一維版本是:
獲得的結(jié)果與這個(gè)立方體的2 d版發(fā)表在IROS 2012。
最后一個(gè)機(jī)器人
成功的測試后的2 d版,一個(gè)完整的機(jī)器人。結(jié)果是Cubli,一個(gè)小方形機(jī)器人,瑞士小型的命名為“立方體”。
正如你所看到的視頻中,Cubli可以平衡強(qiáng)勁。
然而,第一個(gè)jump-up測試表明壓力造成的突然剎車動(dòng)力輪導(dǎo)致機(jī)械動(dòng)力輪和鋁框架的變形。這使得重復(fù)jump-ups整個(gè)Cubli不可能沒有更換一部分。因此決定調(diào)整結(jié)構(gòu)和斷裂機(jī)制來減少jump-up造成的機(jī)械應(yīng)力。
除了平衡,我的同事正在調(diào)查的使用控制策略的跳起來,平衡,摔倒Cubli走過一個(gè)表面。
關(guān)鍵信息
機(jī)器人的名字:Cubli
研究人員:Mohanarajah Gajamohan,拉斐爾D 'Andrea
機(jī)械設(shè)計(jì):伊戈?duì)朤hommen
