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多足机器人:如何在复杂地形如履平地?

2018-08-16 10:31 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:矛隼工作室

  监制:光明网科普事业部

  在今年的世界机器人大会中,来自北航空间机器人实验室的六足机器人第四代样机E-beetle备受众人关注,原因很简单,与其他的用轮子用履带的机器人不同,这种机器人是用腿的。

多足机器人:如何在复杂地形如履平地?

图为北航六足机器人第四代样机E-beetle

  事实上,地面机器人系统的底盘或者说移动模块有多种类型,常见的是轮式和履带式,二者可以在相对平滑的路面上快速的移动,而比较少见的就是足式机器人了。而足式又可分为类人的双足,以及模仿昆虫或者其他动物的多足式。

  足式机器人的优势在于极强的地形通过能力。众所周知的是,在野外环境中,地面上的石块、藤蔓、树根等物体非常多见,而轮式机器人几乎只能绕道走,大大降低了通过速度。而足式机器人通过图像识别技术能察觉正前方的障碍物,然后直接“踏过”目标,遇到某些障碍时甚至会“蹲下”来前进。

  而足式机器人中,两足式机器人由于模仿的人类,可以进入很多为人类设计的通道或者结构,例如走楼梯、进入步兵战车等。而多足式机器人模仿的是昆虫和兽类,更稳定,移动速度更快,非常适合野外环境的负重行进。

多足机器人:如何在复杂地形如履平地?

图为波士顿动力公司的“大狗军团”

  这些“大狗”机器人采用了仿生学设计,从犬类和骡马中获得设计灵感,四条机械腿都具有类似于哺乳动物关节的设计。而这种机械大狗的任务是为野外行进的作战部队背负武器、弹药和补给。

  机械大狗最初在美国特种部队中服役,并活跃在在丛林或者山谷中。作战部队的补给品通过车辆运到最近的公路之后,就要转由机械大狗来运输了,但是特种部队在测试中却对这种高科技产品并不满意。

  原因并不是因为它的通过性、识别能力或者负重能力不足,而是因为其续航能力太差!

  所有的地面作战系统都需要电力来维持使用,不同于排爆机器人的较短使用时间,这些机械大狗需要跟随特种部队行动数小时甚至数日之久。但是目前无论是使用化学燃料还是电池,都不能满足这一要求。

  不过,机械大狗并不是没有意义的,其为后续的足式机器人提供了丰富的研究经验,也为后面的研发铺平了道路。

多足机器人:如何在复杂地形如履平地?

图为MIT猎豹多足机器人

  现在的多足机器人发展,有了更多更有趣的发展方向。受DAPRA资助的MIT仿生机器人实验室正在研究如何加强多足机器人的灵活性,这种机器人的运动范围和速度都远远强于机械大狗。更重要的是,这种机器人通过复杂算法,理解了如何穿越结构混乱的环境,在多足机器人的优势范围继续扩展。

  北航的E-beetle机器人则采用了仿昆虫的六足结构,并且将轮式和足式整合在一起。平整路面用轮式,崎岖路面用足式,混合使用大大提高运行效率,而且其较小的体型将有利于在洞穴或其他位置执行探险、侦察任务。

  总体而言,足式机器人有自己的独到之处,但受诸多问题限制,在军事领域上仍然不能得到有效的利用,不过各国也都在憋足了劲继续研发,以期望在不遥远的将来装备上这一类多功能高适应性的地面机器人。(本文图片来自网络)

[责任编辑:赵清建]

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