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气动机器人无电子器件即可模仿行走

工程师创造四足软体机器人,无需任何电子器件即可工作。机器人仅需恒定压缩空气源,即可驱动包括控制和运动系统在内的所有功能。应用场景包括电子器件无法工作的环境,如MRI机器或矿井。软体机器人因易适应环境、在人旁安全运行而备受关注。

多数软体机器人虽由压缩空气驱动,但由电子电路控制。这需要电路板、阀门、泵等复杂组件,通常在机器人体外。这些构成机器人“大脑和神经系统”的组件通常笨重昂贵。相比之下,新机器人由轻量低成本气动电路控制,由车载管路和软阀组成。机器人可按指令行走,或响应环境感测信号。

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UCSD工程师Dylan Drotman向Tech Briefs讲述此类机器人用途,及其潜在不止行走功能。

机器人计算能力大致模仿哺乳动物脊髓驱动的神经反射而非大脑。团队受动物中枢模式发生器启发——由极简单元件组成,能产生节律模式控制行走奔跑等运动。为模仿其功能,团队构建阀门系统作为振荡器,控制压缩空气进入机器人四肢气动肌肉的顺序。研究者制造协调步态的组件,通过延迟向机器人腿注入空气实现。步态灵感源自侧颈龟。

机器人还配备简单机械传感器——置于机器人体伸出臂端的小软流体气泡。气泡受压时,流体翻转机器人内阀门使其反向。机器人装有三个作反相器的阀门,使高压状态在气动电路中扩散,每个反相器有延迟。

机器人四足每足三自由度,由三肌肉驱动。腿向下倾45度,由三平行连接的气动圆柱腔(带风箱)组成。腔体加压时,肢体向相反方向弯曲。结果,每肢三腔提供行走所需多轴弯曲。研究者将对角线对向腔配对,简化控制问题。

软阀切换肢体旋转方向(逆时针/顺时针)。该阀作锁存双极双投开关——两输入四输出,每输入对应两输出。机制有点像在大脑中交换两根神经连接。

研究者欲改进步态使其能在自然地形和不平表面行走,越过各种障碍。这需要更复杂的传感器网络和更复杂气动系统。团队还将探索技术用于制造部分由气动电路控制(如行走)而高级功能由传统电子电路处理的机器人。

传感器

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