我的同事在瑞士苏黎世联邦理工学院的动态系统和控制研究所已经创建了一个小型
机器人多维数据集,可以自动跳起来和平衡的任何一个角落。
这个最新版本的Cubli可以跳起来,保持平衡,甚至“走”。这个新版本是自包含对权力和使用三个稍微修改自行车刹车,而不是之前的版本中使用的金属栅栏。我们目前正在开发学习算法,允许Cubli自动学习和调整必要的参数如果跳转失败由于恶化的刹车和惯性的变化,体重,或斜坡的表面。
这个机器人开始用一个简单的想法:
我们可以建立一个15厘米立方体,可以跳起来,站在平衡的角落里,走过我们的桌子使用现成的汽车,电池,和电子元器件吗?
有多种方法来保持平衡一个多维数据集,但跳起来需要能量的突然释放。直觉上动量轮似乎是一个好主意来储存足够的能量,同时保持数据集紧凑的和独立的。
此外,同样的动量轮可用于实现一个基于reaction-torque平衡控制算法,利用多维数据集上的扭矩反应的身体当车轮加速或减速。
这项工作吗?
创建机器人的第一步,因此,是看物理,如果jump-up基于动量轮是可能的。下图显示了一些数学计算出转动惯量(MOI)轮和完整的多维数据集。
这数学分析允许的定量理解系统,允许通知设计选择,如使用三个动量轮的权衡与动量轮的设计安装在每个立方体的六个内面临。
这种分析的另一个结果是一个很好的理解所需的速度动量轮允许跳起来的立方体,立方体和保持所需的扭矩平衡。这两个因素都是至关重要的在接下来的步骤:确定所需的硬件规格。
规格和硬件设计
考虑到所需的速度和扭矩决定,很明显,动量轮的发动机和变速箱为创建机器人将是一个重大的挑战。使用数学模型允许系统的定量分析解决这个问题通过允许更高的速度(即之间的取舍。,更多的能量用于jump-up)和更高的扭矩(即。平衡时,更好的稳定)。
这mathematics-driven硬件设计导致机器人的核心硬件组件的详细规格(动量轮、电机、齿轮箱和电池),允许整个系统的计算机辅助设计。
这一步是一个特殊的设计的一部分,刹车突然停止动量轮能量转移到整个立方体和导致它跳起来。
一个早期设计的制动器,由一个螺丝安装在动量轮,一个伺服电机(黑色)所示移动金属板(蓝色)螺旋的路径(浅棕色),和一个安装支架(浅棕色)将动量轮的能量转移到多维数据集结构。当前的设计使用硬金属零件的组合和橡胶来降低峰值。
2 d原型
验证jump-up和平衡的力学和电子产品战略和总体概念证明可行性一维版本是:
获得的结果与这个立方体的2 d版发表在IROS 2012。
最后一个机器人
成功的测试后的2 d版,一个完整的机器人。结果是Cubli,一个小方形机器人,瑞士小型的命名为“立方体”。
正如你所看到的
视频中,Cubli可以平衡强劲。
然而,第一个jump-up测试表明压力造成的突然刹车动力轮导致机械动力轮和铝框架的变形。这使得重复jump-ups整个Cubli不可能没有更换一部分。因此决定调整结构和断裂机制来减少jump-up造成的机械应力。
除了平衡,我的同事正在调查的使用控制策略的跳起来,平衡,摔倒Cubli走过一个表面。
关键信息
机器人的名字:Cubli
研究人员:Mohanarajah Gajamohan,拉斐尔D 'Andrea
机械设计:伊戈尔Thommen
