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SCAMP多模态机器人:如飞虫一般灵活!

2016-03-17 John IntelligentThings

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(图片来源于:斯坦福大学)


IntelligentThings之前介绍过很多款仿生机器人,纸蟑螂机器人,昆虫大小的RoboBee机器人,蝗虫一样的搜救机器人,可在水中跳跃的仿昆虫的机器人。但是这些机器人大多没有飞行功能。


而之前介绍过的一些无人机,潜鸟无人机,固定翼无人机首次在行驶中的汽车上着陆,具备了一定的在固定地点着陆和潜水的功能。但是,并没有爬行,再度起飞等动作,另外它们的着陆地点灵活性方面,也有很多疑问。


与此同时,目前市场上的无人机由于长期在空中飞行,会十分的耗电,且遇到空中复杂情况,如天气变化时,无法有效躲避。相反,在自然界中的鸟儿和昆虫,则不一样,它们飞累了或者遇到风雨雷电,时常会找一个地方栖息。


技术的深入研究是解决实际应用问题的基础。斯坦福大学的研究人员,目前正在开发的一种多模态(Multi-Modal)机器人,正是利用了仿生学的原理,旨在设计以一种在微型机器人基础上,让它变得更加容易改变方向,并且完成相对自身大小的吸附作用,强有力的栖息在物体上。


这个平台被称为SCAMP(斯坦福大学攀爬和空中机动平台),这是一个最新添加的平台,针对多模态机器人研究,使用单向微触角在粗糙表面进行栖息,然后攀爬。SCAMP在Crazyfie四旋翼飞行器平台上构建,所以可以自己飞往栖息地,并且再次起飞。


下面着重介绍一下,SCAMP的功能特点和基本工作原理。


栖息  

(图片来源于:斯坦福大学)

(图片来源于:斯坦福大学)

SCAMP机械辅助栖息策略


为了实现栖息,SCAMP机器人飞行过程中,先是尾部接触墙面。它探测到加速度尖峰值,将其转子调整为最大速度。找到合适的地方攀附以后,SCAMP的尾部像一个中心点,利用空气动力学原理黏附在物体表面上。


攀爬

(图片来源于:斯坦福大学)

(图片来源于:斯坦福大学)

SCAMP在爬墙


SCAMP爬墙时候,轮流切换两脚(红色和蓝色)的负载,在墙体表面拖住空载的脚,直到它再度成为一个立足点。这样有效释放了负载脚的紧张度,然后它会再度放松。


失败恢复策略

(图片来源于:斯坦福大学)

(图片来源于:斯坦福大学)

SCAMP的失败恢复策略


如果SCAMP有一步没走好,它身上的加速度计将会检测产生的自由落体运动,并且加速转子,轻轻地将机器人重新吸附到表面上。它的脚然后再次黏住前面,然后恢复向上爬。


再度起飞

(图片来源于:斯坦福大学)

(图片来源于:斯坦福大学)

SCAMP使用机械辅助旋转再度起飞


SCAMP准备恢复飞行时,它的旋转伺服系统进入特定位置(在普通爬行中没有的)来部署“起飞的触角”。当负载从脚上转换到触角上的时候,SCAMP即可从物体表面起飞。一旦SCAMP后仰几度,发动机进入正常飞行级别,机器人开始恢复空中的飞行动作。


全过程展示



(图片来源于:斯坦福大学)

栖息,攀爬,失败恢复,和起飞的全过程展示。



未来发展展望


SCAMP不仅可以作为多模态机器人的研究起点,基于不同环境和物体表面,对于机器人的各种运动(飞行,栖息,起飞,攀爬)模式状态进行研究。另外,这种感应和通讯技术可以应用到不同的无人机平台上。这对于未来无人机续航能力的提高,以及投递物品,施救等方面都会有较大的帮助。




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