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载人机器人的火热青春
  • 2013-8-13 8:59:07
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:薛昱
  • 作者:
【电脑报在线】一部《环太平洋》点燃了我们沉寂多年“人类挑战大怪兽”情结,在震撼全场的130分钟里,我们不仅看到了人类鏖战怪兽的决心,更看到了装备丰富,科技前卫的“贼鸥”机器人。我们不禁会想:现实中有这样的载人机器人吗?他们有这么先进的科技技术吗?

    一部《环太平洋》点燃了我们沉寂多年“人类挑战大怪兽”情结,在震撼全场的130分钟里,我们不仅看到了人类鏖战怪兽的决心,更看到了装备丰富,科技前卫的“贼鸥”机器人。我们不禁会想:现实中有这样的载人机器人吗?他们有这么先进的科技技术吗?


双足机器人的先锋

    作为《高达》影视作品的文化发源地,其诞生至今的34年间,有关双足机器人的设计研发从未间断。在这其中,以千叶工业大学未来机器人技术研究中心设计开发的Core双足机器人最为典型,其100KG的载重量使其当属世界最强的双足机器人之一。

    Core机器人全长1.9米,重约230KG。动力方面使用新研发的联合大型电机驱动系统,整体由高输出无刷电机、减速机、电磁制动、角度传感器等构成的关节驱动单元和马达控制单元组成,拥有稳定的动力输出。机器人主要的防震由脚部的冲击吸收组件实现,每个冲击吸收组件由一个平行可动吸收单元和四个独立可动吸收单元构成,能吸收腿部着地时产生的80%的冲击,保持机器人的平衡稳定。在控制上,Core并未采用平板触控,而是采用类似手柄的按键控制,以达到操作稳定的目的。在现阶段处于有线操控,而在未来将会逐步研发无线操控。

    当然,Core机器人的建造目标并非军用,而是用于货物的运输,行动不便者的代步。

    

Core机器人整体外观

联合大型电机驱动系统

冲击吸收组件

做分解图,点击从关节部分引出,冲击吸收组件由脚底板引出


>>>目前在建的双足机器人

榊原机械的“Land Walker”

    由日本榊原机械公司开发的Land Walker长得和很多游戏中的双足战斗机器人颇为相似,透明驾驶舱、两侧机枪、双足前行、转弯等等一应俱全,看起来颇有未来战争的味道。

町工厂的“初始机器人43号”

    于2012年下旬亮相的“初始机器人43号”只公布了内部核心部分(和Core类似),外壳和手臂尚在设计制作中,预计将于2013年完工,届时其整体高度约为4米,重达300KG,单步最高跨度10CM,就爬坡能力而言算是世界最强的载人机器人了。

 

多足载人机器人的延伸

    从仿生学上来说,双足机器人在移动上要考虑整体的平衡性,设计难度和制作难度都相当高,与此,为了简化,研究人员开始向多足载人机器人延伸。

    英国软件电子工程师马特·丹顿(Matt Denton)建造了一台六足单座载人机器人,其采用了液压支腿,时速约为1.5公里/小时,背上的20升柴油罐足够它单次行驶5公里。虽然它并非高效而快速,但它实现了从无到有的改变。马特·丹顿表示之后再对机器人进行电子化和速度上的改造,以使其能适应更多的应用需求。

马特·丹顿的六足载人机器人可以轻松征服各种崎岖地形


>>>目前在建的多足载人机器人

六足机器人Stompy

    军商两用六足机器人Stompy由谷伊·卡瓦尔康蒂、丹·科迪、詹姆斯·王设计开发,全长5.5M,重1.8吨,拥有两个座位,六条机械腿,目前仍处于建造阶段。

 

轮式人形载人机器人的成熟

Kuratas轮式人形载人机器人

用户可以在机器人外面,利用小模型进行远程遥控。

Kuratas利用小机器人模型来进行操控,但必须事先将手机插入接口后,启动APP认证,智能手机颇有“钥匙”的味道

进入驾驶舱,关闭舱门,就能看到显示器做呈现的HUD画面,就像在玩机甲游戏一样

    “腿的最大用处在于爬山涉水不受地形限制,但在城市和到处铺路的郊区,有腿机器人的效率就略显低下,在多足机器人的基础上,日本水道桥重工将机器人的腿改为车轮,并加入了全新的操控系统和远程遥控模式,诞生了轮式人形载人机器人Kuratas。

    Kuratas高约4M,重达4T,乘员1人,由四轮驱动,手臂、舱门均采用油压驱动,由V-Sido控制系统进行辅助和控制。值得一提的是,研究人员事先将详细的姿势控制数据、相对移动数据等等统统对应地输入进V-Sido系统,使得机器人在进行手臂的运动时,整体会根据手臂的移动进行姿势调整,以保持平衡。

    操控上,Kuratas采用了小型机器人模型来控制机器人,在V-Sido系统的辅助下,Kuratas可以在保持平衡的情况下根据小模型上手臂的运动来改变姿势(如果小模型转向的话,它也会跟着转向)。除此以外,Kuratas还支持远程遥控,驾驶员可以在安全的地方利用小模型对机器人进行遥控操作。

 

延伸阅读:

随时秒杀驾驶员——经不起推敲的“贼鸥计划”机器人

    神经连接、通感操控,“贼鸥计划”机器人在电影里看起来威风凛凛,跑跳打摔,拖着油轮当棍棒,上天下海无所不能;怪物们身材巨大,一巴掌打翻一栋大楼,喷酸浮空样样精通。事实上,在科学家们的眼里,只有两句话来形容:这是可怕的,这是不可能的!

  虽然我们看到“危险流浪者”抡拳砸得怪兽口吐“蓝沫”,但目前尚不存在任何技术能让机器人把手臂举得与地平行,更别说让他动起来了。按照官方数据,“危险流浪者”的手臂长约35米(手臂比例约为身高的40%),重量约为708吨(由于重拳砸怪,其重量约为身体总重量的10%),其所需扭矩约为81561600磅-英尺(Ft-lb),而地球上最大的液压马达也只能产生1290734磅-英尺的扭矩——63台还只是能动手臂而已……

  机器人最痛的是它的膝盖。机器人要向怪物冲锋、跳跃,其膝盖承受大概10G左右的重力,此时膝盖的负载重量约为70800吨。目前高强度钢合金的极限承受强度(不变形)约为760MPa,碳纤维的极限承受强度约为6370MPa,完全无法承受它的重量。

即使膝盖不中箭,在机器人站起来的那一刹那,它的膝盖便会因为无法承受自身重量而粉碎性骨折

    假定我们找到了特别材料做出了机器人,除非远程遥控,否则驾驶舱葬送所有驾驶员。一般身高180cm的人走路时,至少会产生1厘米的上下震动,而对于平均75米左右身高的“贼鸥”机器人来说,振幅就达到了40cm,没有平衡悬挂装置的帮忙,很难想象驾驶员不会晕车吐得一塌糊涂,而跑步时的振幅约为普通情况下的10倍以上,不知道驾驶员会被摇成什么样……除此以外,机器人被怪兽一掌拍翻算是常事儿,当机器人被摔到地上时,位于头部的驾驶员同样坐了75米(头部到地面)高度的自由落体运动,然后,摔在驾驶室的地板上,至于会变成什么,各位读者可以自行想象从25楼自由落体到地面的结果——所以说,驾驶室就是活棺材。

 
本文出自2013-08-12出版的《电脑报》2013年第31期 A.新闻周刊
(网站编辑:pcw2013)


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