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网红机器狗之后 MIT新迷你猎豹机器人有啥能耐

来源:http://www.yamatoshokai.com 作者:www.041.net 时间:2019-08-31 08:11

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麻省理工学院研发的迷你猎豹机器人

新智元报道

本月早些时候,麻省理工学院发布了其迷你猎豹(Mini Cheetah)的新视频,这是来自麻省理工学院仿生机器人实验室的小型四足机器人。该实验室负责人、机械工程教授桑巴⋅金(Sangbae Kim)日前接受采访,谈了许多关于迷你猎豹设计以及机器人未来发展需要面对的问题。

来源:spectrum.ieee

麻省理工学院此前指出,迷你猎豹机器人重约9公斤,配有12个模块化电动马达,每条腿都有动力髋关节和膝关节。马达是现成的廉价部件,而不是专门定制的昂贵设计模块,它最大的关节速度为40弧度每秒,这在技术上看已经非常快,视频中迷你猎豹机器人展示的后空翻,在第一次尝试时就成功了,接下来,迷你猎豹将被教导在被抛入空中后,执行非常像猫的动作,即双脚着陆。桑巴谈了更多细节:

编辑:肖琴、鹏飞

问:你们为何要推出更小版本的猎豹机器人?

最近在ICRA机器人顶会上展示的一台四足机器人,吸足了眼球!这只身高不到1米、体重130公斤的机器狗,拉动了高4米、重达3.3吨的飞机!单从力量已经完全碾压波士顿动力机器人,相当令人震惊。

桑巴:这主要是为了加速机器人研究。如果你和任何使用机器人的人交谈,他们会告诉这个过程会有多痛苦:这些机器人脆弱、危险,扭矩不足,很难建模,有大堆的问题。如果你有个像猎豹3这样的机器人,你每天运行它的实际时间是多少?这可能是1%或更少,因为它很难运行,而且相当危险。假如有什么东西坏了,可能要耽误很长时间。

一只狗可以拉动自身体重3-4倍的重物。一只机器狗呢?答案是:25倍!

但有了迷你猎豹机器人,你就可以每天运行5个小时,我们已经做了3个小时的演示,没有任何问题。基本上,我们已经达到了一定水平,它是如此可靠,以至于我们可以放心把它交给其他在硬件上屡受阻碍的团体使用。

意大利理工学院最近进行了一次狂拽的演示:让一只只有130公斤重的四足机器人,拉动了一架3.3吨重的小型客机!

迷你猎豹差不多有着完美体型,9公斤不是太小,但也不是太大,它依然危险而脆弱,这个机器人我们用了12个月,期间没有更换任何机械部件,这主要得益于我们的执行器技术。我们设计的机器能够承受撞击,执行跳跃和着陆等动作,已经帮助其达到了每秒2.5米的速度,这对于它的体型来说已经很快了,但理论上它可以达到每秒4米,这相当于猎豹3的最高速度。

图片 3视频既震撼,又充满紧张感。当机器狗慢慢地将飞机拉动时,让人不禁为它叫好!" style="width:60%;margin:1rem auto">

问:液压马达仍在大多数高性能的动态机器人中使用,为什么电动执行器更适合像猎豹和迷你猎豹这样的机器人?

{"type":1,"value":"机器人一步一步地挪动着它的橡胶材质的四只脚,看起来很挣扎,但它确实稳稳地跨着步子,慢慢地将飞机拖动起来。

桑巴:我和马克⋅雷伯特(Marc Raibert)讨论过这个问题,他和我的观点略有不同。他认为有些关于缩放的问题,但我不同意,电动马达的缩放技术已经十分成熟,我真的对迷你猎豹的表现感到惊讶,因为其电动马达规模缩小得很厉害,其秘密在于设计中的细节:如果你看一看迷你猎豹的肩部,它们相对于猎豹3更大。这不是很明显,但迷你猎豹的肩膀相对于它的身体长度比例更大,这使得它更强大。

最近四足机器人开始频繁的进入大众视野,相比传统的轮式、履带式以及双足机器人,四足机器人在面对复杂地形时,拥有更高的机动性、更强的稳定性,在军事任务、抢险救灾、地形勘探等多领域,展示出更加强大的能力。

电动马达可以很容易地放大,以至于制造马匹大小的机器人,你就能使它跑得像马一样快,在功率密度方面没有什么问题,我认为当涉及到人形机器人时,这个问题就变得有趣了,因为人形机器人需要更高的自由度,所以在12度的自由度时,这不是问题,我认为电动马达是最好的选择。但是如果你需要24度的自由度,并且需要在腕部、踝部和颈部拥有更高自由度,电动马达往往就会受到影响。

而在运输方面,机器狗的进展也让人印象深刻。这只来自意大利理工学院的Dynamic Legged Systems实验室,名为HyQReal的机器狗就给我们展示了一下,一只机器狗的力量能强大到何种程度!

这就是液压开始变得有吸引力的地方,因为你有更大的电源,但执行器相对较小,而且比具有等效扭矩的电动马达小得多。当然,液压动力还需要其他补充,所以在某种程度的自由度上,我认为电动执行器在各个方面都会更好地实现简单易用的设计,但是一旦自由度过大,液压动力就有了巨大的优势。

图片 4HyQReal是IIT研制的HyQ四足机器人系列中,最新、也是体型最大、最重的一款。它身长1.33米,高0.9米,加上液压装置和电池,重量达到了130公斤,比巅峰状态的姚明稍微轻一点。" style="width:60%;margin:1rem auto">

问:既然有了迷你猎豹,你还会继续和猎豹 3 合作吗?

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桑巴:到目前为止,我们已经进行了95%的仿真,然后当我们对控制器有信心时,我们会在机器人身上进行测试。现在我们要移动到50%在模拟中,40%在迷你猎豹中,10%在猎豹3中。即使你的算法在模拟中并非超级强大,迷你猎豹在测试它时也没有问题,安装过程大概需要2分钟,如果出了问题,它也不会坏。

{"type":1,"value":"HyQReal由一个铝制防滚架和凯夫拉尔纤维、玻璃纤维和塑料制成的外壳保护,强度非常高了;研究团队还为它配备了专门定制的橡胶支脚,可以在遇到障碍时提供牵引力。HyQReal配备48伏电池,为4个电动泵提供动力,连接4个液压泵;主板上有两台计算机,一台用于视觉,另一台用于控制。

对研究机器人来说,“不坏”是件大事,因为这意味着你可以在它们身上试验,或者相信你的学生可以在他们身上试验,而不需要先设置四份电子报警器,穿上防弹衣,拿出支票簿,站在火警报警器旁边。正如桑巴所指出的,坚固的机器人意味着你可以在模拟中少做许多工作,这更有趣。

研究人员觉得HyQReal动力性非常出众,前有波士顿动力机器狗组团拉动大卡车,IIT也准备看看HyQReal到底能有多大力量,所以这次决定让它拉一个大家伙:一架飞机。

我们的计划是建造10个迷你猎豹机器人,其中5到6个将在麻省理工学院的不同实验室投入使用,以同时解决不同的问题,希望它能加速开发,这可能加快开发速度5到6倍。其他四五个机器人可以离开麻省理工学院,进入经验丰富的有腿机器人团队。桑巴说,我们最终希望“举行机器狗障碍赛跑,每个团队用不同的算法控制迷你猎豹,我们可以看到哪种策略更有效。”

研究团队和机场动用了一架比亚乔P180 Avanti双发涡桨飞机,在2017年时标价770万美元,相当于5300万人民币,曾被评为世界最好的小型商务飞机之一。这款飞机高近4米,翼展14米,长14.4米,重3.3吨。

比赛最初很可能是由人类控制的,但最终迷你猎豹将实现完全自主运作。一旦它实现这个目标,我们便期望在不久的将来能有更廉价的消费者版本上市。

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这个庞然大物,被一个高不过一米、体重不如姚明的机器狗,拉动了!

图片 7这动作、这姿势,绝了!" style="width:60%;margin:1rem auto">

{"type":1,"value":"DLS实验室主任Claudio Semini上周在ICRA上做了一个研讨会演讲,更详细地介绍了HyQReal。下面这张幻灯片展示了HyQReal的规格:

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“拉飞机让我们展示了机器人的力量、动力自主性和优化设计。我们想做一些以前从未做过的事情,我们成功了”, Claudio Semini 说。

新机器人是IIT和MOOG之间联合实验室活动的最初几年的主要成果,这些活动于2016年9月开始,目标是开发下一代液压腿式机器人。该联合实验室结合了IIT在腿式机器人硬件和软件设计方面的专业知识,以及MOOG在微型高性能驱动解决方案方面的专业知识。

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IIT领导了机器人硬件和软件的整体开发。在硬件方面,IIT专注于躯干,腿,电子设备,液压软管,坠落保护和传感的设计。此外,它还协调了MOOG开发的驱动子系统的集成。在软件方面,IIT调整了它在过去十年中开发的运动控制框架。

液压系统方面,IIT和穆格公司合作,使用其集成式智能执行器,每个执行器都有一个3D打印的钛合金机身,包含所有传感器、电子元件和流体路径。有两个独立的液压泵,一个驱动前腿,另一个驱动后腿。尽管IIT还没有做耐力测试,电池应该可以使用大约2小时。由于执行器多数是密封的,因此HyQReal具有防水防尘功能,能够在喷水或倾倒沙子的情况下保持运动。

在ICRA的研讨会上,IIT展示了机器人小跑、躺下和再次站起来的简短视频。研究人员称他们的机器人能够在跌倒后自主站起,但他们也没有时间进行测试。HyQReal非常非常新,所以有很多东西研究人员还没有机会弄清楚。此外,他们还没有机会在机器人上安装结实的电动手臂,这是让机器人变得更有用的长期计划的一部分:

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