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足式机器人仿人研发之路:PedestriANS系统

时间:2020-03-25 来源:机器人在线 阅读:9472

市面上已经研发出各种各样的足式机器人,知名的有波士顿动力等。而机器人能否通过所处环境更改其前进姿态与方式,则需要高深的学习算法。这些机器人动作敏捷的背后都隐藏了什么科技?


为了在各种环境中导航,机器人也应该能够以类似的方式适应其步行行为,并根据环境变化来调整其结构。为此,日本大阪大学的研究人员最近创建了PedestriANS,这是一种双足机器人,可以根据周围环境的变化来改变其腿部的某些身体特征和动作。在SAGE的Adaptive Behavior杂志上,研究人员发表的一篇论文中介绍了这种新机器人,它可以使用一个简单的系统来改变其步行方式,该系统将其两条腿的运动和配置联系起来。



由艾哈迈德(Ahmad)和他的同事开发的机器人PedestriANS依赖于执行器网络系统(ANS),这是他们先前工作中引入的设计概念。艾哈迈德说:“由于其可行性已在数项研究中得到了证明,因此目前正在研究中使用ANS原理来实现可适应的机器人,方法是利用安装在其身上的执行器之间的不同相互作用。”


开发的机器人的运动是由单个电动机产生的,并且其腿部通过ANS链接在一起。与其他基于复杂系统的双足机器人相反,PedestriANS具有相当简单的结构。机器人通过利用其腿部的物理特性及其不同组件之间的相互作用来适应周围环境的变化,从而导致一系列不同的步行行为。


 


机器人的行走行为通过改变ANS的执行器之间的相互作用而改变。要产生更好的行为,根据给定情况,机器人对特定连接方式的要求会有所不同。研究人员的工作表明,实现自适应机器人的最佳方法是使机器人能够调整自身的形态并利用其全身动力学。应对环境变化 


研究人员通过一系列实验评估了其机器人的性能。首先,他们观察了机器人适应不同地面材料的能力,重点研究了机器人的行走方式,稳定性,速度及其移动方向的变化,从而测试了机器人形态的变化如何影响其行走行为。


在分析了第一个实验中收集到的结果之后,研究人员对机器人的设计进行了升级,使其可以在其支腿之间的不同连接模式之间自动切换。然后,他们进行了第二次评估,发现机器人在运动过程中如何调整其形态方面有了重大改进。在第二个实验中,PedestriANS可以根据其运行环境有效地产生适应性的步行方式。



将来,由这组研究人员开发的机器人可以用于完成涉及在不受控制且不断变化的环境中移动的任务。艾哈迈德表示:“我们研究的下一步将是实现一个控制系统,该系统可以使机器人在所有运动阶段都保持最佳性能,并自主选择合适的连接方式。” 并且还会考虑将ANS运用到机器人更多组成部分上,例如上半身,来增加机器人整体适应性。


未来足式机器人行走的突破方向,也许是建立人体的骨骼、神经、肌肉模型等,达到真正的仿人效果。

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