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大阪大學(xué)機械科學(xué)與生物工程系的研究團隊開發(fā)了一種新型的蜈蚣形機器人，并演示了該機器人曲線行走和直線行走的狀態(tài)，這種機器人能夠穿越不平坦的地形進行搜救行動或者執(zhí)行太空中其他星球的探測任務(wù)。

地球上的很多動物都具備很強大的運動能力，動物使用它們的腿表現(xiàn)出敏捷的運動，并表現(xiàn)出非凡的陸地機動性以穿越不同的環(huán)境，研發(fā)人員受動物運動的啟發(fā)，開發(fā)了許多有腿機器人，希望通過類人的運動方式讓機器人也可以在各種環(huán)境中實現(xiàn)敏捷運動。

在此之前，NASA研究院也曾發(fā)布過一款巨型的蜈蚣形機器人，但NASA的機器人主要研究方向是在無傳感器依賴的極端環(huán)境下的自主導(dǎo)航，而大阪大學(xué)本次發(fā)布的機器人則更多地研究多足機器人動力學(xué)中產(chǎn)生的動態(tài)不穩(wěn)定性及其解決方法。

(資料圖)

盡管有腿機器人具有出色的地面機動性，但當(dāng)工程師們嘗試模仿人類去制造雙足機器人的時候卻發(fā)現(xiàn)，這樣的機器人會出乎意料地脆弱，一旦雙足機器人的其中一條腿出現(xiàn)故障或損傷，就會導(dǎo)致機器人無法行動。

在動物中，蟑螂使用其六條腿表現(xiàn)出令人難以置信的敏捷運動，蜈蚣和千足蟲在崎嶇地形上的擁有高穿越性以及對跌落和腿部故障有高容錯度，于是研發(fā)人員們把目光轉(zhuǎn)向了多足機器人，讓機器人從雙足到多足，解決當(dāng)機器人一個腿受傷時的繼續(xù)行走的難題，多足機器人的設(shè)計可以很有效地分?jǐn)倷C器人整機重量，并且在一條腿受傷的時候仍可以繼續(xù)行動。

雖然使用大數(shù)量的機械腿對有腿機器人有優(yōu)勢，但它會使機器人身體變長，導(dǎo)致與環(huán)境的交互變得復(fù)雜，許多接觸腿在運動過程中被身體限制在地面上以支撐長身體，從而阻礙了機動性。從生物學(xué)和工程學(xué)的角度來看，使用大量腿進行敏捷運動的潛力是個未知數(shù)，使用大量腿的機器人的機動運動仍然具有挑戰(zhàn)性。

大阪大學(xué)的研究團隊開發(fā)了一種仿生“myriapod”機器人，它利用了動態(tài)不穩(wěn)定的優(yōu)勢，可以使機器人在直線行走和曲線行走中切換，它由六個部分和靈活的關(guān)節(jié)組成，每個部分連接兩條腿，使用可調(diào)螺釘組成的聯(lián)軸器十分靈活，可以在步行運動中通過電機進行修改。

這項研究的關(guān)鍵是多足機器人的動態(tài)不穩(wěn)定性，在研發(fā)的初期，給機器人增加關(guān)節(jié)會導(dǎo)致機器人直走的時候不穩(wěn)定，曲線行走也沒法準(zhǔn)確控制，機器人的可控性不高，這也是工程師們重點攻克的方向。隨后，研究團隊提出了一種用于myriapod機器人機動和高效運動的控制方案，在機器人在身體軸中加入了一個可變剛度機構(gòu)，這使得機器人可以改變其身體軸的靈活性并控制行走過程中的分叉特性，基于這些特性開發(fā)了一種簡單的控制程序，便能使機器人能夠?qū)崿F(xiàn)機動和自主運動。

這種方法不直接控制體軸的運動，而是控制體軸的靈活性，因此可以大大降低計算復(fù)雜度和機器人運動時的能量需求。該研究團隊成員Shinya Aoi說：“我們的靈感來自某些極其敏捷的昆蟲的能力，這種能力使它們能夠控制自己運動中的動態(tài)不穩(wěn)定性，從而引起快速的運動變化。”

據(jù)介紹，該機器人主要由標(biāo)準(zhǔn)金屬和直流電機組成，外表基本上都是硬的，除了身體部分偏航接頭中的扭力彈簧具有柔軟特性，然而，正是這些軟元素控制著機器人的整個動力學(xué)并創(chuàng)造了各種類型的運動，從而大大提高了性能，這似乎是在軟體機器人中發(fā)現(xiàn)的一個優(yōu)勢。

在目前的硬地板上進行的測試中，研發(fā)團隊搜集了許多控制器對多足機器人的機動能力以及提高運動效率的相關(guān)數(shù)據(jù)，下一步計劃是在更復(fù)雜的環(huán)境下驗證相關(guān)設(shè)計，現(xiàn)款機器人只在部分偏航關(guān)節(jié)中有扭力彈簧，但之后會驗證在部分俯仰和滾動關(guān)節(jié)和腿部使用更多柔性零部件。

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