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    飛起來的雙足機器人:四個涵道風扇驅動,廣東工業大學出品

    作者:  時間:2021-08-31 13:44  來源:

    機器之心報道

    機器之心編輯部

    盡管是在人類的保護下,但雙足機器人 Jet-HR2 的確短暫地飛了起來。

    幾年前 ,來自廣東工業大學的研究團隊開發了一種雙足機器人 Jet-HR1。該機器人通過嵌入腳部的小型涵道風扇在行走時改變重心來保持平衡。現在該研究團隊將這種足部安裝風扇的設計又做了進一步的改進,讓第二代雙足機器人 Jet-HR2 飛了起來。

    作為一個具備飛行能力的機器人,Jet-HR2 上裝有 2 個控制器——偏航控制器和變槳控制器。該研究用實驗展示了兩種控制器的作用。首先,在沒有偏航控制器的情況下飛行,機器人的飛行軌跡會顯著偏移,甚至呈一定的旋轉趨勢,如下圖所示:

    所有的試驗都是用同樣的姿勢起飛的。為了防止機器人失去控制并掉下來,在機器人的腰部安裝了兩根碳管來抓住它。雖然飛得有點「慌亂」,但總歸是飛起來了。

    其次,在沒有變槳控制器的情況下,機器人會向前飛行,并有俯沖摔落的趨勢:

    最后,在變槳控制器和偏航控制器都就位的情況下,Jet-HR2 完成了較好的上升飛行,穩定效果也不錯:

    Jet-HR2 的實現原理

    論文鏈接:https://arxiv.org/pdf/2108.11557.pdf

    Jet-HR2 機器人有 10 個關節,由無刷電機和用于運動的諧波驅動器驅動。為了克服小推力重量比條件下穩定姿態起飛的挑戰,該研究基于推力矢量的概念設計了 Jet-HR2。它的推進系統由 4 個涵道風扇組成,其中 2 個固定在機器人腰部,另外 2 個安裝在腳上,用于推力矢量控制,并通過在飛行過程中調整腳的姿態來控制推力矢量。此外,研究團隊還針對起飛過程中質量誤差和關節位置誤差引起的姿態不穩定問題,提出了一種簡化模型和控制策略。

    Jet-HR2 的尺寸和涵道風扇配置。

    實驗結果表明,通過控制足部涵道風扇的推力矢量,可以有效抑制機器人起飛時的旋轉和俯沖行為。每個風扇可以提供 5 公斤的推力,總共 20 公斤,因此足以舉起 17 公斤重的機器人。但這里的推重比并不是很大,這就是控制的挑戰所在:沒有更多其他的動力,因此需要謹慎地分配推力。

    最終,Jet-HR2 能夠以 1.17(17kg/20kg)的推重比成功實現起飛,并保持穩定姿態(雖然不是完全受控),起飛高度超過 1000 毫米。

    Jet-HR2 雙足機器人的腿部部件。

    表面上,制造類人機器人并不是一件性價比很高的事情,但在某些層面,人形外觀具備得天獨厚的優勢。正如論文作者所說:

    近年來,各種用于災難響應的人形機器人接連面世,通過專門的控制理論和其他機制來克服不平坦的地形。從傳統上來說,類人機器人能夠通過行進和攀爬克服這些障礙,但這些策略缺乏效率,尤其是在一些難以克服的障礙或地質斷層等危險環境中。對于復雜現實場景中的緊急任務,人形機器人有望實現更多動態的空中技能,例如超過身長數倍的跳高、跳遠、短距離飛行、懸停等。

    類人機器人的性能還達不到人類的水平,尤其是在重量增加的情況下。另一方面,即使達到人類水平,機器人在松散、易倒塌或懸崖狀的地形上也可能顯得無助,這似乎是使用純關節致動器發力的限制。在這項研究中,研究者開發了一種可以使用涵道風扇推進系統飛行的新型人形機器人,以探索其在復雜環境中搜索和救援的潛在價值。

    不難想象,一臺可以飛行的人形機器人,將會有很多潛在的應用方向。這也等待著更多的研究者去探索,更多研究細節可參考論文原文。

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    當天上午,亞馬遜云科技人工智能與機器學習副總裁Swami Sivasubramanian 博士與 AI 領域著名學者、Landing AI 創始人吳恩達(Andrew Ng )博士展開一場「爐邊談話」。

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