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UCSD研发自我折叠机器人,或将支持快速结构自定义

2018-01-25 14:19:50

群体机器人分为两种,一种是由相同机器人组成,另一种是由几种不同的机器人组成。由于大多数机器人并不善于执行多重任务,团队中的异构性显得尤为重要——即每种机器人精通一类任务,以此进行合理分工。


不过,对于专注某一种通用型机器人研究的实验室来说,设计开发一系列执行单一任务的机器人难度很大,这也是我们鲜少见到大规模异构群体机器人的原因。


UCSD研发自我折叠机器人,或将支持快速结构自定义


在加州大学圣地亚哥分校 (UCSD) ,Michael Tolley实验室正在开发支持快速定制、自行组装以及自行部署的可折叠机器人。研究人员希望,机器人可以根据运动速度、操作能力、负载能力等性能需求进行结构自定义,而整个过程中人类无需对机器人进行繁琐的处理工作。这也将为异构机器人群体的建立奠定基础。


自我折叠机器人的结构主要由复合层压板组成。其中,纸板与弹簧钢负责强度,聚酰亚胺负责柔韧性,预应力聚苯乙烯作为一种形状记忆材料用于控制自我折叠过程,黏合剂负责将以上各层材料合为一体。


UCSD研发自我折叠机器人,或将支持快速结构自定义


当所有部件集成完毕之后,内置的加热电路会激活形状记忆材料,将平板折叠起来,形成平行四边形连杆机构,以此保证机器人每一条腿的朝向统一。在运动过程中,加热电路消耗的电量比机器人自身还要多,所以加热电路的运转需依靠外接电源。折叠完成后,加热电路将与外接电源断开连接。


依靠振动电机在平面上进行摆振,机器人直线行进速度可达23厘米/秒,而这一速度对厘米级机器人来说已属出色。通过调节腿长,研究人员可以改变机器人的运动性能。这样一来,机器人作为一个平台,可用于对各种设计修改方案进行实验。


UCSD研发自我折叠机器人,或将支持快速结构自定义


其实,异构群体的概念在自然界已经存在了上千万年,在昆虫种群中尤为常见。例如,蚂蚁种群中包含体型较小的工蚁与体型较大的兵蚁,分工合作使整个团队的运作更加高效。


但谈到异构群体机器人,Tolley实验室进行的这项研究到此才刚刚开始,支持快速结构定制的厘米级自我折叠平台还没有真正出现。接下来的步骤包括,改变机器人结构而非仅仅改变腿长,对比各种结构改变的优势和缺点,并将其作为建立异构群体的依据——


“未来我们将会探讨,如何通过机器人的结构自定义,来满足特定负载需求或适应特定环境。比如,改变系统的重量,其共振频率也会随之改变,我们可以以此来调整最大运动速度。同时,腿长与材料等参数可用于将共振频率控制在电机工作范围之内。


另外,我们还将尝试部署多台自我折叠机器人,并使其同时运行,合作完成某一项任务。实验室计划针对不同的无线通讯方式、定位算法以及群体机器人控制技术展开研究,以达成建立异构机器人群体的目标。”

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