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现实中的“蜘蛛侠”:伯克利、斯坦福的机器人一言不合就爬墙

时间:2024-02-13   访问量:0

开门,踢足球,后空翻,杂技表演,这年头还有什么?机器人做不到!

迪士尼特技替身演员无论如何都要失业了,蜘蛛侠可能是下一个担心失业的人。

伯克利、斯坦福等大学相继开发了攀岩墙。机器人飞檐走壁,无所不能。

加州大学伯克利分校的明星爬墙。机器人,RSTAR

RSTAR是由内盖夫古里安大学的加州大学伯克利分校仿生微系统实验室开发的一种攀岩墙。机器人发明者是大卫·扎罗克教授。

2018年在布里斯班举行的IEEE机器人在自动化国际会议(ICRA)上,这被称为“新星(Orrstar)”机器人了不起的观众。它采用了直轮腿的灵活性,并增加了另一个自由度,这使得机器人它的身体可以与腿分开移动,并通过改变重心来帮助它爬过障碍物。

RSTAR是Zarrouk vine系列。机器人最新款的设计可以应对各种地形障碍,同时将运输成本降到最低。在本文中,“蠕动”是指机器人腿,其角度(可调)向下向外延伸。RSTAR有一个额外的自由度,它的身体可以改变相对于腿的位置。机器人质心。

这似乎是一个简单的变化,但它可以使一系列新的行为发生——不仅使机器人翻越更大的障碍物不用翻身,还能垂直爬上间距很小的墙壁,通过调整腿部的步态“爬行”通过狭窄的缝隙。

RSTAR在坚硬的表面上的最大速度约为1米/秒,尽管它的乌龟步态意味着它可以处理非常柔软或颗粒状的表面(如厚泥或沙子)而不会被卡住。

r STAR在其前身STAR的基础上,通过添加一个带有电机的简单机械装置来增强这一模型。机器人克服障碍的能力。Zarrouk教授很快将延长车轮间距的概念整合到车身上,最终选择了四杆延长。机构(FBEM)纵向移动重心,以便机器人并且更加动态可重新配置。他终于发现,这个有趣的功能也可以用来增加稳定性,或者在必要的时候故意向上倾斜或者上下翻转。

RSTAR的蠕动旋转机构蜗轮的特点是传动比大,自锁时不启动。电机的锥齿轮确保两个蜗轮以相同的速度旋转,但方向相反。

原星非常擅长在障碍物下爬行,在崎岖的地形上爬行,爬行速度非常快。但是,和其他人一样,机器人同样,它的爬坡能力也受到车轮大小的限制。

它可以爬过超过其车轮直径70%的障碍物。通过改变其高度和宽度,RSTAR在粗糙的地形如砾石、石头或草地上跑步或行走时更有效。

RSTAR还可以使用乌龟步态在颗粒状或高度光滑的地形上爬行,而无需转动车轮。RSTAR可以攀爬的障碍物高度也更大,而且大部分取决于其FBEM的长度。

通过将重心移向前方,RSTAR可以在不翻倒的情况下越过陡坡。RSTAR还可以垂直攀爬到类似管道的环境中,甚至无需接触。地面在这种情况下,通过将轮子压向墙壁来水平爬行。

STAR系列非常适合搜索和救援行动,特别是在非结构化环境中,如倒塌的建筑物或洪水地区。在真正的搜救行动中,机器人要达到目标,必须克服不同类型的连续障碍。

Zarrouk教授认为机器人它应该简单、可靠,并且能够在没有任何外部机械干预的情况下克服许多常见障碍。RSTAR结合了几种攀爬能力和形态变化,使其可以跨越障碍物或在缝隙间潜行。此外,RSTAR具有更高的速度和更低的能耗,增加了工作范围和工作时间。

带轮子的RSTAR可以以20厘米/秒的速度爬上两堵墙之间的空间,机器人墙的宽度可以根据墙的两侧而变化。

来自迪士尼的眩晕

VertiGo是一家可以借鉴的公司地面爬墙过渡到墙机器人,由迪士尼苏黎士研究院和瑞士联邦理工学院联合开发。应该机器人有两个提供推力的可倾斜螺旋桨和四个轮子。

一对轮子是可转向的,每个螺旋桨有两个自由度来调整推力的方向。通过从地面到墙边再回来。地面,眩晕扩展机器人穿越城市和室内环境的能力。机器人能够在墙上快速移动,动作敏捷。

使用螺旋桨在壁上提供推力可以确保机器人可以穿过砖石之类的凹痕。选择两个螺旋桨而不是一个,可以实现从地板到墙壁的过渡——使用螺旋桨后,推力作用于墙壁,使用螺旋桨前,施加向上的推力,从而实现翻向墙壁的目的。

斯坦福的Stickybot系列和改进的SCAMP

卡特科斯基和他的博士生金相培从壁虎那里获得了灵感。壁虎的脚底覆盖着数十亿纤维,有200纳米宽的足盖。壁虎可以附着在任何表面上,因为分子之间存在一种叫做范德华力的微弱吸引力,这种吸引力作用在纤维尖端和壁虎爬行的表面之间。粘连是有方向性的:只有当脚趾被向下拖时,纤维才会粘连,并向相反的方向释放。

为了模拟壁虎的干燥粘附,研究人员发明了一种聚合物贴片,上面覆盖着一个大约30微米宽的手柄。手柄是倾斜的,顶部是倾斜的,有方向粘性。隔膜安装在一个机器人在趾垫上,Cutkosky和Kim给的机器人壁虎的步态,卷曲的脚趾和其他细节。

斯坦福大学的研究人员获得了一项生物传感设备的专利,该设备可以测量各向异性摩擦材料的光滑垂直表面。受壁虎和其他攀爬蜥蜴的启发,该设备使用类似的顺应性和力控制策略来攀爬(或悬挂)光滑的垂直表面,包括玻璃、瓷砖和塑料板。

Stickybot的攀爬能力毋庸置疑,但是它不会飞,所以实验室继续研究一种新型的攀爬飞行。机器人蹦跶.

SCAMP是一种带腿的四旋翼飞行器,可以栖息在墙上,用细小的脚攀爬。

SCAMP是第一个将飞行、栖息与被动附着技术和攀爬相结合的产品。机器人。它还可以从爬升失败中恢复,或者在准备再次飞行时起飞。所有这些都是在户外完成的,仅使用机载传感设备和计算能力,并使用所有以前的攀登。机器人从大自然中获得的经验和教训。

SCAMP的腿部设计让人联想到很多攀爬昆虫,从长腿爸爸到螳螂,这不是偶然的。动物需要长而有效的步伐,但受限于四肢的重量。当我们进入昆虫的世界,微分缩放法则意味着细长且几乎没有重量的腿成为首选。

SCAMP并没有昆虫那么大,但也小到可以由碳纤维、光谱等现代工程材料提供,让我们可以像爬行动物一样长而高效地制造腿。

来自CMU的瓦尔博特

Waalbot由两组三条腿的轮子组成,通过旋转来执行。机构执行单自由度运动,包括被动关节和弹性屈曲。瓦尔博特不像其他人。机器人在这种情况下,使用真空吸力或磁性吸引力,但干粘合用于粘在墙上和天花板上。

采用PIC单片机控制机器人机芯,它有车载电源。此外,装有弹簧的尾部确保了机器人总是被推到表面。

Waalbot具有克服小障碍的能力,这主要是由于其腿部的运动。

看着各种爬墙机器人原理和机械结构都不一样。有的用仿生学来学习壁虎爬墙的原理,有的用力学来设计机械结构,通过加螺旋桨或轮子来飞行和攀爬。然而,不管这些,他们都实现了同样的愿景,并希望使这些。机器人用于搜索和救灾。

正如邓小平所说,不管黑猫白猫,抓到老鼠就是好猫。

由大数据文摘制作

由halcyon和钱天培编制

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