▲LEO沿系在樹(shù)間的繩索行走
這個(gè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于鳥(niǎo)類在行走和飛行之間的各種行為，研究人員將其命名為L(zhǎng)EONARDO（“legs onboard drone”無(wú)人機(jī)上的腿，簡(jiǎn)稱LEO），LEO可以通過(guò)多關(guān)節(jié)腿和基于螺旋槳的螺旋槳實(shí)現(xiàn)對(duì)自身平衡的精細(xì)控制。
在研究論文中，研究人員表示，由于其混合運(yùn)動(dòng)能力，獅子座可以執(zhí)行人類和傳統(tǒng)機(jī)器人難以完成的各種任務(wù)。高空作業(yè)將是低地球軌道最適合的應(yīng)用之一，例如高壓線路的維護(hù)和高空橋梁的油漆。
這項(xiàng)研究周三發(fā)表在《科學(xué)》的附屬雜志《科學(xué)機(jī)器人》上，并出現(xiàn)在本月的雜志封面上，本文的題目是“一種能飛、能滑、能走的雙足步行機(jī)器人”。
1.改變了傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式，使機(jī)器人能跑能飛
大多數(shù)現(xiàn)有的機(jī)器人可以在地面或空中移動(dòng)，但很少有機(jī)器人同時(shí)具有這兩種移動(dòng)模式。此外，現(xiàn)有的機(jī)器人很少有能力執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)。
地面機(jī)器人有腿、輪子、履帶和其他形式。其中，雙足機(jī)器人因?yàn)榫哂腥祟惖耐庑?，能夠像人類一樣行走、奔跑和跳躍而備受關(guān)注。但地面機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)容易受到崎嶇地形的限制，應(yīng)用范圍也僅限于近地面，因此在高空作業(yè)難度較大。
飛行機(jī)器人可以無(wú)視各種崎嶇地形，從事遙感、投送、搜救、巡檢等空中工作。但其自身的缺點(diǎn)也非常明顯，比如能耗高、飛行時(shí)間短、運(yùn)載能力有限等。此外，由于空中機(jī)器人在空中工作時(shí)需要注意自身的穩(wěn)定性，與地面機(jī)器人進(jìn)行物理交互比地面機(jī)器人更加困難。
研究人員結(jié)合兩種機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，使Leo將行走和飛行運(yùn)動(dòng)模式結(jié)合起來(lái)進(jìn)行混合運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)在不同運(yùn)動(dòng)模式之間切換來(lái)適應(yīng)各種崎嶇地形。
2. 75cm的高度只有5kg，重量是4個(gè)螺旋槳。
LEO重2.58公斤，走路時(shí)身高75厘米。它主要由軀干、螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)和兩個(gè)尖跟腿組成。
為了讓它足夠輕，Leo的腿部結(jié)構(gòu)使用了碳纖維管和3D打印碳纖維增強(qiáng)尼龍接頭來(lái)支撐滾珠軸承，它的兩條腿是對(duì)稱的，每條腿有3個(gè)伺服電機(jī)，一個(gè)在骨盆，另外兩個(gè)在臀部前后，三個(gè)伺服電機(jī)共同控制腿部的運(yùn)動(dòng)。
LEO的肩部裝有四個(gè)對(duì)稱放置的螺旋槳，以穩(wěn)定和控制行走和飛行運(yùn)動(dòng)。
低地球軌道系統(tǒng)可以通過(guò)機(jī)載計(jì)算機(jī)和傳感器組件完全自主運(yùn)行，根據(jù)它需要跨越的障礙類型，它可以選擇步行或飛行，或者根據(jù)需要將兩者混合。
行走時(shí)，LEO的螺旋槳保證其行走時(shí)能保持直立，腿部執(zhí)行器通過(guò)改變腿部位置，使機(jī)器人重心前移，實(shí)現(xiàn)行走。在飛行中，低軌道飛行器可以單獨(dú)使用螺旋槳，像無(wú)人機(jī)一樣飛行。
3. 滑雪、繩索行走和高空作業(yè)是最大的應(yīng)用方向
由于它具有混合運(yùn)動(dòng)的能力，研究人員發(fā)現(xiàn)它可以完成一些傳統(tǒng)機(jī)器人難以完成的動(dòng)作，如在繩索上行走和在滑板上滑行。它還具有很高的抗干擾能力，即使在3.8 m / s的風(fēng)速下也能保持穩(wěn)定。
“也許最適合LEO的應(yīng)用是那些涉及高空作業(yè)的應(yīng)用。這些任務(wù)通常對(duì)人類來(lái)說(shuō)是危險(xiǎn)的，需要機(jī)器人來(lái)代替它們，”研究人員在論文中說(shuō)
比如現(xiàn)在的高壓線檢查是由專業(yè)人員進(jìn)行的。他們不僅需要遠(yuǎn)程檢查線路，還需要去線路進(jìn)行檢查和維護(hù)。使用獅子座，不需要派人員爬線。只需讓機(jī)器人飛到高壓線處，沿著電線行走進(jìn)行維修，就可以降低維修成本，減少墜落傷亡的可能性。
除了這些影響，為低軌道起落架設(shè)計(jì)的技術(shù)也可以促進(jìn)自適應(yīng)起落架系統(tǒng)的發(fā)展。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想，未來(lái)的火星旋翼機(jī)可以配備腿式起落架，在傾斜或不平的地面上著陸時(shí)保持平衡，從而降低著陸失敗的風(fēng)險(xiǎn)。
研究人員還計(jì)劃為低空軌道裝備一種新開(kāi)發(fā)的控制算法，利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制無(wú)人機(jī)的著陸，使機(jī)器人更好地了解環(huán)境，決定行走、飛行或混合運(yùn)動(dòng)的最佳組合。從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方最安全、耗能最少的方式。
