为了得到奔跑的跳跃,机器人规划出它的路径,就像人类跑步一样,在跑步机和室内跑道上进行实验,它成功地越过了高达18英寸的障碍物-超过自身高度的一半
机械手

在机器人发展的飞跃中,麻省理工学院的研究人员制造了一只机器猎豹,现在他们训练猎豹在跑步时观察并跳过栏杆,这使它成为第一只能自主地跑步和跳过障碍物的四足机器人。

为了得到奔跑的跳跃,机器人规划出它的路径,就像人类跑步者一样:当它探测到接近的障碍物时,它估计物体的高度和距离。机器人测量跳跃的最佳位置,调整步伐,在障碍物附近着陆,在施加足够的力来推来推去之前。根据障碍物的高度,然后,机器人施加一定量的力来安全着陆,在恢复最初的速度之前。

在跑步机和室内跑道上的实验中,猎豹机器人成功地越过了高达18英寸的障碍——超过机器人自身高度的一半——同时保持了每小时5英里的平均运行速度。

“奔跑跳跃是一种真正的动态行为,“桑贝·金说,麻省理工学院机械工程学助理教授。“你必须管理好平衡和能量,并能够处理着陆后的冲击。我们的机器人是专门为这些高度动态的行为设计的。”“

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助理教授Sangbae Kim演示了麻省理工学院设计的70磅“猎豹”机器人。照片:斯科特·布劳先生

金正日和他的同事们——包括研究科学家海恩帕克和博士后帕特里克·温辛——将在6月份加州DARPA机器人挑战赛上展示他们的猎豹的奔跑跳跃,并将在7月份召开的“机器人:科学与系统”大会上发表一篇详细介绍自主系统的论文。

基于LIDAR数据的三部分算法


去年九月,该小组展示了机器猎豹能够不受约束地奔跑——金指出这是机器人所完成的一项壮举。”盲的,不使用相机或其他视觉系统。

现在,机器人可以“见“,使用机载激光雷达-一个视觉系统,使用来自激光的反射来绘制地形。研究小组开发了一个由三部分组成的算法来规划机器人的路径,基于LIDAR数据。视觉和路径规划系统都在机器人上,给予它完全的自主控制。

该算法的第一个组成部分使机器人能够检测障碍物并估计其大小和距离。研究人员设计了一个公式来简化视觉场景,将地面表示为直线,以及任何偏离这条线的障碍。用这个公式,机器人可以估计障碍物的高度和距离。

一旦机器人检测到障碍物,算法的第二个组成部分开始起作用,允许机器人在接近障碍物时调整进近。根据障碍物的距离,该算法预测跳跃的最佳位置以便安全地清除,然后从那里往回走,把机器人剩下的步伐隔开,为了达到最佳起点而加速或减速。

这个“进近调整算法飞奔,用每一步优化机器人的步伐。优化过程需要大约100毫秒完成——大约是单步的一半时间。

当机器人到达起点时,该算法的第三部分负责确定其跳跃轨迹。根据障碍物的高度,机器人的速度,研究人员提出了一个公式,以确定机器人的电动机应该施加多少力量来安全地启动机器人越过障碍。该公式实质上使机器人的法向边界步态所施加的力变大,金正日说,这基本上是“连续执行小跳跃.

最佳,可行更好


有趣的是,Kim说这个算法不能提供最佳的跳跃控制,更确切地说,只有一个可行的方案。

“如果你想优化,说,能效,你会希望机器人勉强越过障碍,但这很危险,找到真正最优的解决方案需要大量的计算时间,“基姆说。“跑步时,我们不想花很多时间去寻找更好的解决方案。我们只想要一个可行的。”“

有时,这意味着机器人可能跳得比它需要的高得多,没关系,据金说:“我们太迷恋于最佳解决方案。这是一个你必须足够好的例子,因为你在跑,而且必须很快作出决定。”“

研究小组首先在跑步机上测试了麻省理工学院猎豹的跳跃能力,然后在轨道上。在跑步机上,机器人被拴住了,当研究人员在腰带上设置不同高度的障碍物时。因为跑步机本身只有四米长,机器人,跑在中间,只有一米用来探测障碍物并计划跳跃。多次运行之后,机器人成功越过了大约70%的障碍。

相比之下,室内跑道的试验证明要容易得多,因为机器人有更多的空间和时间可以看到,方法,清除障碍。在这些运行中,机器人成功地清除了大约90%的障碍。

金正日现在正致力于让麻省理工学院的猎豹在更柔和的地形上跑步时跳过栏杆,像一片草地。

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在机器人发展的飞跃中,麻省理工学院的研究人员培育了一只机器猎豹,让它在跑步时能看见并跳过栏杆,这使它成为第一个能自主地跑步和跳过障碍物的四足机器人。机器人计划了……