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人性化设计的机器人救生员

2009.03.27阅读 7296

  Vecna公司研发的这款具有人性化设计的机器人可以行走、奔跑、举起重物,甚至可以依靠由履带提供能量的接合式腿爬楼梯。
  有一天,你会看到关于它援救战场伤员的录像。也或许你会在它大步走过拥挤的医院长廊时与它擦肩而过。
  不管怎样,你有可能在毫无准备的情况下见到“Bear”(战地援助机器人)。毕竟这不是一种全自动喷涂机器人。由马萨诸塞州一家公司为美国陆军研制的这款机器人只能说是成百上千的商业机器人的后代。在机器人技术等级上,它不像是一个流水线上组装的机器人CONTROL ENGINEERING China版权所有,更像是星球大战中的C3PO或施瓦辛格饰演的终结者。
 

人性化设计的机器人救生员


  Bear 的发明人Daniel Theobald 发现并用“Bear”填补了小型控测机器人和运输遥控交通工具市场之间的空白。
  在许多方面,它都像是直接出自科幻小说画册。不同于它的前辈们,“Bear”的灵活性不依赖于滑动、门架或转盘。它有腿,膝盖CONTROL ENGINEERING China版权所有,肘以及面部。在不久的将来,它还可以蹲坐,举起一个250磅的人,并且可以把他从一段楼梯上抱下来。此外,即使是伤员在其两臂间活动,它仍可保持平衡。它坚固、灵巧、可移
  动,某些方面接近人的感觉。
  美国陆军和技术研

究中心知识工程部主席加里·吉尔伯特(Gary Gilbert)指出:“我们对这一技术研究得越深入,这款机器人的外形就越接近于人,人性化的外形设计使它可以做到很多人们希望它做的事情。”
  填补市场空白
  在三年多的制作过程中,“Bear”确实采用了类似于人的外形,而且一直以来它看上去就很接近于人。美国陆军的工程师们说他们需要这些人性化的特点www.cechina.cn,因为这种机器人要承担的战场任务要求它们反应敏捷且力气足够大。初期任务包括援救战场伤员和布置炸弹——这些任务由机器人来完成会减少士兵的伤亡。
  “它需要到达现场,履行任务,安全返回,并且要保证伤员免受外界环境的威胁,”吉尔伯特说。
  尽管目前“Bear”靠轮子移动,但是现在的模型采用了履带式接合腿,这种结构保证了它可以实施更高级别的任务,包括把自己依附在地面交通工具上、在战场上履行任务的同时保证自身安全、寻找伤员并把他/她放到担架上安全撤退。
  Vecna科技公司总裁丹尼尔·西奥博尔德(Daniel Theobald)表示,他之所以会发明“Bear”,是因为他看到了可移动机器人市场的空白。他说这个市场之前大体上被两种机器人占据:寻找炸弹时可以避开车辆的小型“虚拟存在机器人”以及大型可远程操作的交通工具,包括坦克和无人机。
  西奥博尔德说,“我们在这二者之间看到了空隙。人们需要一种能够进入拥挤空间的机器人——大楼内或楼梯上这种普通交通工具无法进入的地方。但同时也要求这种机器人要足够坚固以应对这种复杂环境。”
  西奥博尔德预测说,他的新型机器人能够举起几百磅的重物,它的力气远远超过了一般小型可移动机器人,因为这些机器人往往不能举起大于70磅的物体。正是由于他赋予了该机器人这样的力气,所以西奥博尔德相信它能够填补这个重要的空白——抱起伤兵、举起小型交通工具、援救遭受核武器或化学武器袭击的平民以及核查被动物尸体覆盖的炸弹。西奥博尔德甚至预测该机器人可以设置在医院里,用来帮助挪动床上的病人或为截肢人员、老人提供帮助等。
  “为了应对这种环境,你需要非常的强壮,”西奥博尔德说,“为了救出被困人员,你需要能够抱起伤员、移开石块甚至举起汽车。”

利用动态平衡


  利用动态平衡CONTROL ENGINEERING China版权所有,“Bear”可以依靠履带站立、行走。

  但是要实现这一点对这个项目来说并不容易。为了达到目的,西奥博尔德认为利用液压给机器人上半身提供能量至关重要。他从Quincy Ortman Cylinders公司租了1500帕的液压油缸,通过HydraForce公司生产的阀门注入。Vecna公司的设计人员还按照用户指定为系统设计了一个不依赖于方位的液压储油箱,这样一来当机器人弯腰或处于非正常姿势的时候,液体也不会流出来。
  “利用液压当然有利有弊,”西奥博尔德表示CONTROL ENGINEERING China版权所有,“液压系统相当的重,而且会增加成本。但是这样做的好处就是可以在某一时刻将能量集中于一点。反之,如果将发电机分布于机器人全身,那就只能从每一个单独的发电机上获得能量。为了得到相同的能量,需要巨大的发电机。”西奥博尔德在麻省理工学院读研究生时期就承担了为机器人“战神”(Mars)开发网络控制算法的工作。
  学习平衡
  即使“Bear”可以提起较重的物体,它也同样面临着挑战:平衡。为了让“Bear”在抱起伤员、跨过圆木或走下山坡时也能保持平衡,它的设计者们利用了动态平衡原理。
  “想要在保持机器人相当稳固的同时又缩小它脚的比例,这就面临着一个平衡的问题。”西奥博尔德说。
  动态平衡通过机器人的腿(或轮子,视具体情况而定)保持它的重心。“Bear”像人一样需要学习在站立的时候调整重心。如果向前倾,机器人需要学习向后倾

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