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複雜的環境和地形中,人形機器人單靠「兩隻腿」行動起來恐怕是有很多不便,而且讓機器人保持平衡的算法也是個極大的挑戰,因此,不少科研團隊另闢蹊徑,以「彈跳」作為機器人的移動方式。
最近,來自加州大學伯克利分校(UC Berkeley)仿生微系統實驗室(Biomimetic Millisystems Lab)就研發了一款名為 Salto (saltatorial locomotion on terrain obstaclesd )的單腿跳躍機器人,它平均能每隔 0.58 秒進行一次高達 1 米的跳躍,其跳躍的敏捷性(重複跳躍過程中能達到的跳躍高度)為 1.7 m/s。
雖然 Salto 不是跳的最高的機器人,但卻可以說是目前世界上最敏捷、跳躍能力最好的機器人,它能迅速連續彈跳,當通過牆面反彈之後還能跳得更高,類似跑酷愛好者們在運動中運用的小技巧。
正如很多機器人的設計靈感來源於自然界,Salto 當然也不例外,研究人員在非洲一種小型的靈長類動物夜猴(galago)上了解到,這種動物在每次起跳前會先蹲伏,將力量上匯聚到伸展的肌腱中,這個跳躍技巧能使它的跳躍能力比單獨使用肌肉時獲得 15 倍提升。
因此,為了模仿夜猴的彈跳機制,研發人員在結構設計上了下足了功夫。Salto 跳躍系統是由一個電機、一個彈簧及腿部結構組成,其中電機和彈性元件採用了串聯的方式,而串聯彈性驅動器性能很好,不僅有助於保護電機,還能進行力控制,使得跳躍系統能夠被動恢復一些能量,降低彈簧質量系統的共振對閉環系統的影響。
Salto 腿部設計加入了鉸鏈和八條槓桿,當電機向其中一條施加扭矩時,其他的槓桿也會跟著轉動,這時腿部會產生很大能量並向下方發出推力,機器就能更好跳躍起來,這就與夜猴跳躍時會先蹲伏一樣的道理。
Salto 的跳躍表現雖然說還沒有達到夜猴的那種程度,不過與其他彈跳機器人相比,算是有了不少的進步,研發團隊也表示,未來還將繼續研究新的運動模式來實現彈跳機器人的多級跳躍,說不定還會給機器人增加更加多的腿。■
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