DLR是歐洲最優秀的機器人實驗室之一,90年代初期其因為希望將機械手臂送上太空代替人類,開始開發輕量化機械臂,擁有LWR,Hasy,人形機器人Justin和TORO等多個知名機器人。最近,YouTube上一段TORO機器人控制平衡的視頻引來不少點擊,其實TORO機器人已經經歷了幾個版本的「升級」,今天我們就來介紹一下德國宇航局的人形機器人TORO以及它的夥伴們。

大家看TORO的樣子,有沒有覺得它和我們之前介紹過的一款名為RollinJustin的人形機器人有些像,RollinJustin也出自DLR實驗室,曾向我們展現過優秀的家務能力,還能協助太空宇航員。

(機器人RollinJustin)

有腿的仿人機器人要能執行多種任務。它們要能與環境互動,遇到外部障礙時能扭轉身體,同時還要保持穩定協調的平衡。為此,研究人員提出一種新的控制方法,把多級別控制和平衡結合。他們在仿人機器人TORO身上模擬了這種方法。為了達到恰當平衡,他們先把所有的任務力/力矩分配到終端受動器,然後按照任務級別映射到連接空間。

TORO的總重量約為75千克,高度約為160釐米。是基於前DLR-Biped雙足類人機器人設計而來。為了適應腿部基礎並減少行走時的負荷,研究人員重新設計了髖部結構。前兩個肩關節由DLR輕型機器人手臂的一部分組裝,而其餘部分則是定製的。

為了與環境相互作用,TORO的手臂配備了鉸接式指針。由於TORO將主要用於研究與全身動力學相關的控制導向問題,因此研究人員決定使用相當簡單但堅固的假手。這些手能夠與環境進行多種交互,但在靈巧操作方面則受到一些限制。對於環境感知和運動估計,該系統配備有立體攝像頭,IMU和Kinect感測器的致動頭。

下面這個機器人是DLR研發的擬人機器人David。以前David是被稱為DLR手臂系統,具有可變剛度執行器(VSA)的關節,其在傳動系中具有機械可調節的靈活性。其發展的一個目標是接近人的能力,特別是在動力學,靈活性和穩健性方面。該機器人於2010年首次公開展出。

別看David是一個成年人的樣子,重量只有26公斤,具有41個自由度,165個位置感測器,據說在與人類相近的工作空間內,其工作速度可以與人類相媲美。David對機械彈簧產生的衝擊具有很強的抵抗力,所有關節都具有可變剛度,能實現通過彈簧儲能的動態運動。

和RollinJustin長得比較像的另一個機器人叫SpaceJustin,是一個人形上身,由兩個輕型機器人手臂,兩個DLR-HIT手,一個軀幹和一個頭部組成。

DLR還研發過一個蜘蛛外型的Crawler機器人,足跡5釐米x 38釐米,離地間隙最大12釐米。質量3.66千克,具有18個活動腿關節。有效載荷為3公斤,速度高達20釐米/秒,該機器人於2008年首次向公眾展示。

針對地面和地外探測,研究人員為DLR Crawler開發的所有運動和導航相關演算法都集中在先驗未知的GPS拒絕環境。DLR爬行器的步態演算法採用高度靈活,分散的方法,其中相鄰的腿通過抑制或激發步伐運動而相互影響。

因此,DLR爬行者的步態不顯示固定模式,而是根據命令速度和腿與當地環境的相互作用而出現。為了在未知地形中導航,DLR Crawler還裝有立體攝像頭,基於半全局匹配的立體視覺演算法,機器人可評估地形的可穿越性,並僅根據其車載感測器獲取的信息計劃到達目標。

最後來看看TORO機器人是如何保持平衡的吧~

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視頻封面

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IEEE選舉進行時:

中國科學院外籍院士、外專千人計劃入選者、中國政府友誼獎獲得者福田 敏男(Toshino Fukuda)正在競選2019年IEEE總主席,此次是亞洲人首次競選IEEE主席。福田教授多年來為中國與世界各國的學術交流及合作做出了巨大貢獻,廣大IEEE會員及機器人行業同仁們可以進行投票支持,擴大亞洲在IEEE的影響力。

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