研究人员开发智能类鼠机器人SQuRo

IEEE电气电子工程师学会 2022-05-16 16:20

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QING SHI


人们对设计能够在狭小空间中灵活导航的机器人非常感兴趣。一般来说,这种能力或有助于评估灾区或狭窄管道的相关情况。


但是,选择正确的设计对此类应用的成功至关重要。


北京理工大学教授Qing Shi解释说:“虽然腿式机器人在现实世界中的应用非常有前景,但它们在狭窄的空间中工作仍然具有挑战性。大型四足机器人不方便进入狭窄的空间,而微型四足机器人可以做到。但由于其承载重物的能力有限,在执行任务时同样会面临困难。”


与其设计一个大型四足机器人或微型机器人,Shi和他的同事们决定创造一个机器人,其灵感来自一种动物,这种动物非常擅长在狭小的空间里活动,那就是:老鼠。


在4月7日发表在《IEEE机器人》会刊上的一项研究中,他们展示了新机器人SQuRo(小型四足机器人鼠)如何行走、爬行和爬过物体,并以前所未有的敏捷性完成了快速转弯。更重要的是,SQuRo还可以从跌倒中迅速恢复。


Shi和他的同事们首先利用真实大鼠的X射线来更好地了解动物的解剖结构,尤其是其关节部分。然后,他们设计了SQuRO,使其具有与他们研究的啮齿类动物相似的结构、运动模式和自由度(DOF)。这包括每个肢体、腰部和头部的两个自由度;这种设置允许机器人复制真实老鼠灵活的脊椎运动。


SQuRo随后通过一系列实验进行了测试,首先探索了它执行四个关键动作的能力:从蹲伏到站立、行走、转身和爬行。转弯的结果尤其令人印象深刻,SQuRo证明了它可以在不到自身身长一半的非常小的半径上转弯。“值得注意的是,转弯半径比其他机器人小得多,这保证了在狭窄空间中的灵活移动,”Shi说。


接下来,研究人员在更具挑战性的场景中测试了SQuRo。在他们设计的一种情况下,机器啮齿类动物必须通过一条狭窄、不规则的通道,模拟洞穴环境。SQuRo成功地通过了通道。在另一个场景中,SQuRo成功地携带了200克重(相当于其自身重量的91%)穿过一个高达20度坡度的场地。


A Robotic Rat that Does It All WWW.YOUTUBE.COM


重要的是,任何在灾区、管道或其他具有挑战性的环境中工作的机器人都需要能够爬过遇到的任何障碍。考虑到这一点,研究人员还对SQuRo进行了特别设计,使其更加类似于真实的老鼠。在一项实验中,结果显示SQuRo可以克服30毫米高(相当于自身高度的33%)的障碍物,成功率为70%。在最后一次实验中,SQuRo侧身跌倒后能够恢复正常。


“据我们所知,SQuRo是第一个这种规模的小型四足机器人,能够执行五种运动模式,包括从蹲下到站立、行走、爬行、转身和跌倒恢复,”Shi说。


他说,该团队有兴趣将机器人商业化,并计划通过闭环控制和深入的动态分析来提高其灵活性。“此外,我们将在机器人上安装更多传感器,以便在狭窄的非结构化管道中进行现场测试,”Shi说,“我们相信,SQuRo在配备了摄像头和其他检测传感器后,将更加有潜力应用于管道(故障)检测。”


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