美研究人員展示鴕鳥形雙足機器人,維持平衡的方式竟然是「奔跑」……

升級后的 Salto-1P 單腿機器人:彈得更高,跳得更穩了
彈跳機器人將近 92% 的時間在空中,因此研究人員的重點主要聚焦在其中的平衡和控制。
在去年的 12 月份,深圳灣(公眾號 ID:shenhzhenware)曾報道過來自加州大學伯克利分校(UC Berkeley)仿生微系統實驗室(Biomimetic Millisystems Lab)的一款名為 Salto (saltatorial locomotion on terrain obstaclesd )的單腿跳躍機器人。該機器人能平均每隔 0.58 秒進行一次高達 1 米的跳躍,其跳躍的敏捷性(重復跳躍過程中能達到的跳躍高度)達到 1.7 m/s。

與其他從袋鼠、兔子等動物獲取靈感而制作的彈跳機器人不同,Salto 的靈感是來自非洲的小型夜行靈長目動物——嬰猴(galago),該動物擁有出色的垂直彈跳能力,單次跳躍就能越過大約兩米高的灌木叢。
雖然 Salto 的彈跳能力不能與嬰猴匹敵,但水平已非常接近了,其中涉及到功耗和效率等因素。另外,Salto 利用旋轉慣性尾來維持平衡,但不能控制住自己的下一步著陸點。
如今,時隔半年后,該實驗室研究人員將 Salto 升級為 Salto-1P,與此前版本不同的是,實驗員為新的 Salto-1P 新增了一對推進器,使得機器人能跳得更快、更高、更遠。

· 相比 Salto,Salto-1P 新增了頭頂上的兩枚推進器
該實驗室的研究員表示,由于機器人與地面接觸的時間十分短,而大部分時間都在空中,因此他們的研究重點主要聚焦在其在空中的平衡和控制。旋轉慣性尾與推進器的結合能夠維持 Salto-1P 兩次彈跳間的平衡,并起到定位的作用。
新增的一對推進器能夠控制 Salto-1P 在空中的航向(yaw)和橫滾(roll),再加上原本旋轉慣性尾在垂直方向上的仰俯控制能力,也就意味著 Salto-1P 能夠進行三維的轉動(類似飛機航行轉向的原理)。

另外,部分硬件上的改進也使得 Salto-1P 擁有更深的蹲伏能力,其靈敏度提高到了 1.83m/s。
該實驗室研究人員 Duncan Haldane(鄧肯·霍爾丹)表示,事實上,Salto-1P 與陸地接觸的時間十分有限,在每次彈跳過程中,Salto-1P 將近 92% 的時間在空中,而它這段時間并非靠腿部進行控制,因此推進器在這空中控制的過程中起著至關重要的作用。在改裝的過程中,團隊也不得不因為 Salto-1P 出現的各種問題而對硬件進行多次改進。
研究者 Justin Yim 表示,雖在視頻中所觀看到的 Salto-1P 似乎是在沒約束的情況下進行彈跳,但事實上,Salto-1P 遵循一定的路徑依賴,計算機將跟蹤其動作、獲取數據,并且向機器發送控制指令。而計算機所收集的數據很大程度上能作為研究人員們對技術和方案做改進的參考。
據 Duncan Haldane 解釋,Salto 的續航仍是一個需要解決的問題,因為它提體型很小,所攜帶的電池也就僅能支撐 2~3 分鐘,之后得重新充上電再使用。接下來,除了機器性能上的提上,團隊還將專注于機器電池使用壽命的提升。