迷你猎豹发明者谈这款四足机器人及其未来计划

IEEE电气电子工程师学会 2019-03-12 21:41

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照片来源:麻省理工学院仿生机器人实验室

本月早些时候,麻省理工学院MIT发布了一段“迷你猎豹”Mini Cheetah的视频。迷你猎豹是一款来自仿生机器人实验室的小型四足机器人。我们想知道更多关于这机器人的信息,因此,上周我们和该实验的主任Sangbae Kim聊了聊,问了他一些关于迷你猎豹的设计和他未来的机器人计划的问题。

MIT指出,迷你猎豹重约20磅;具有12个模块化马达,每条腿髋关节(具有2个自由度和膝关节提供动力马达(目前使用的是现成便宜的产品,而不是定制昂贵的产品)有一个单级6:1变速箱我们MIT了解到它们的最大接合转速为每秒40弧度,从技术上来说这是一个非常快的速度

你在视频中看到的后空翻在某种程度上是它首次尝试就能做到的。视频中展示了其另一个技能,迷你猎豹正在学习在被到空中后如何像猫那样用脚着陆。

为了了解更多细节,我们采访了麻省理工学院仿生机器人实验室主任机械工程学教授Sangbae Kim。

IEEE Spectrum:为什么要制作较小版本的猎豹

Sangbae Kim:这主要是为了使研究加速。如果你和任何研究机器人的人交谈,他们可以告诉你是多么地令人痛苦:机器人是脆弱的,危险的,扭矩不足,很难建模。有一堆问题。如果你有一款像猎豹3这样的机器人,你能让运行的实际时间是多少?可能只有1%或更少,因为它很难运行起来,也很危险,或者如果什么东西坏了,它可能会一个月都无法工作。使用迷你猎豹可以让它一天运行5小时。我们已经做了多次长达3个小时的演示,没有任何问题。基本上,我们已经达到了这样的水平:它是如此可靠,我们可以将它提供给其他因为硬件问题而饱受折磨研究团体。 

迷你猎豹在大小上正合适。20磅(9公斤)不太小,但也没有大到危险或脆弱的程度。这机器人我们使用了12个月,更换其任何一个机械部件主要归功于我们的致动器技术。我们设计的机器能够吸收跳跃和着陆等时的冲击。我们已经达到每秒2.5米的速度相对于它的大小来说已经很快了,但理论上它可以达到每秒4米的速度——猎豹3的最高速度。 

IEEE Spectrum:大多数高性能动态机器人仍在使用液压马达。为什么适合猎豹和迷你猎豹等机器人的是电动致动器

Sangbae Kim:我和Marc raibert讨论过这个问题,他和我的观点略有不同。他认为有一些规模问题,但我不同意。电动汽车的规模真的扩大了,说实话,我对迷你猎豹的表现感到惊讶,因为电动汽车的规模缩小得很厉害。秘密在于设计的细节如果你看一下迷你猎豹的肩部(致动器)相对而言,它们比猎豹3的要大。虽然不是很明显,但是迷你猎豹的肩膀相对于它的身体长度来说更大,这使得它更有力

电动马达可以很容易地伸缩,用于制造马匹大小的机器人,你能让它跑得像马一样快。功率密度没有问题。我认为当涉及到仿生机器人的时候这个问题就变得有趣了,因为仿生机器人需要很多自由度。所以在最高需要12个自由度的时候,没问题,我认为电动马达是最好的选择。但是如果你需要24个自由度,你需要机器人在腕部踝部颈部具有多个自由度,在一个可动关节中实现多个自由度,而这正是电动马达表现变差的地方。这也正是液压马达开始变得有吸引力的地方,你有这么大的动力源,但是致动器相对较小,而且比具有同等扭矩的电动马达小很多。当然,液压马达比较昂贵,所以我认为在一定的自由度下,从各方面来讲唾手可得的电动致动器是更好的选择。但一旦自由度变得太大,液压马达就有了巨大的优势。

IEEE Spectrum:既然你们现在已经有了迷你猎豹你们还会继续研发猎豹3吗?

Sangbae Kim:到目前为止,我们95%的研究工作都是通过模拟进行的,然后在我们对我们的控制器有信心的时候,对机器人进行测试。现在我们要移动到50%的研究工作通过模拟进行40%的研究工作使用迷你猎豹进行10%的使用猎豹3进行。即使你的算法在模拟中不是超级健壮,使用迷你猎豹测试它也没有问题。安装大概需要2分钟,如果出了问题,它不会坏 


于研究机器人而言,不坏掉是一件大事,因为这意味着你可以它们身上试各种东西,或者可以让你的学生它们身上试各种东西,而不需要先装配好一式四份的紧急止动装置穿上防弹衣,拿出支票簿,并站在火灾报警器旁边。正如 Sangbae指出的那样,坚固耐用的机器人意味着你可以减少模拟工作,这会更有趣(而且可能更有成效 

计划是制造10只迷你猎豹,其中五六只将在麻省理工学院的不同实验室使用,以解决不同的问题,希望使用它们能将研发速度提高到原来的五到六倍。其他四五只迷你猎豹可能会离开麻省理工学院,供其他具有腿式机器人经验的团队使用最后,Sangbae表示,希望举办一场机器狗穿越障碍的比赛,每个团队用不同的算法控制一只迷你猎豹,我们可以看看哪种策略更有效。”比赛最初可能由人控制,但最终,迷你猎豹将完全自主。一旦这成功了我们就有望在不久的将来拥有一款买得起的消费者版


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