无法被电动机器人猎豹在草丛中跑步

麻省理工学院研究人员已经开发出一种新的算法，允许他们的电动机器人猎豹运行和跳过草丛。

在行动中查看MIT Cheetah-Bot，并了解它的工作原理。视频：梅兰妮·戈尼克（Melanie Gonick）/麻省理工学院

速度和敏捷是猎豹的标志：大捕食者是地球上最快的土地动物，只需几秒钟就可以加速到60英里/小时。当它升高到顶级速度时，猎豹队在串联中泵出腿，绑定，直到它到达全驰骋。

现在，MIT研究人员已经开发了一种界限，它们成功地在机器人猎豹中成功实施了 - 一种时尚，四足组装的齿轮，电池和电动机，其重量和其猫的猫平板相当多。该团队最近拿了机器人在麻省理工学院的基石法院上试运行，在稳定的剪辑上横跨草地。

在室内轨道上的实验中，机器人短到10英里/小时，即使在清除障碍后也仍继续运行。麻省理工学院研究人员估计当前的机器人版本可能最终达到高达30英里/小时的速度。

边界算法的关键是编程每个机器人的腿，以在其击中地面的瞬间施加一定量的力，以便保持给定的速度：通常，所需速度越快，必须越多，必须越来越多地推动机器人前进。MIT机械工程副教授Sangbae Kim假设这种力量控制机器人跑步的方法原则上是世界级短跑者比赛的方式。

“许多短跑者，如Usain螺栓，不要迅速骑行，”金说。“他们实际上通过向下推动并增加地面力来提高他们的脚步长度，因此它们可以在保持相同频率的同时飞行。”

Kim说，通过调整基于力的方法，猎豹机器人能够处理粗糙的地形，例如跨越草地的边界。在跑步机实验中，该团队发现机器人在路径中处理轻微凸起，即使在泡沫障碍物上运行，也可以保持其速度。

“大多数机器人都迟钝，因此不能控制高速情况的力量，”金说。“这就是让麻省理工学院猎豹如此特别的原因：您实际上可以控制强制型材，以便非常短的时间，然后与地面影响疼痛，这使其更加稳定，敏捷和动态。“

Kim说，机器人如此动态是一种定制的高扭矩密度电动机，由杰弗里·兰，由麻省理工学院电气工程师的Vitesse教授设计。这些电机由MIT Chinese实验室的主要研究工程师David Otten设计的放大器控制。这种特殊的电动机和定制设计的生物启发腿的组合允许在地面上进行力控制而不依赖于脚上的精致力传感器。

金和他的同事 - 研究科学家Hae-Won Park和研究生Meng Yee Chuah - 将在IEEE / RSJ智能机器人和系统中的IEEE / RSJ国际会议上提出界限算法的详细信息。

杀戮法院的麻省理工学院猎豹。照片：荷西-路易斯·奥利瓦雷斯/麻省理工学院

朝着最终的步态

跑步的行为可以被解析为许多生物力学上不同的Gaits，从小跑和畏缩到更动态的边界和疾驰。在边界中，动物的前腿一起击中地面，然后是其后腿，类似于兔跳的方式 - 研究人员首先选择模型的相对简单的步态。

“边界就像一个入门级高速步态，疾驰是最终的步态，”金说。“一旦你得到边界，你就可以轻易分裂两条腿并获得疾驰。”

作为动物的界限，它的腿在再次循环通过空气之前触摸地面一秒钟。腿在地上花费而不是空气中的时间的百分比在生物力学中被称为“占空比”;动物跑步越快，其占空比越短。

Kim和他的同事开发了一种算法，该算法决定了腿在其上花在地面上的每个循环的短时间内应该发挥的力量。他们推理的那种力量应该足以让机器人抵靠向下的重力，以保持前向动量。

“一旦我知道我的腿在地上有多长，我的身体在空中有多长时间，我知道我需要申请多少力来弥补引力力，”金说。“现在我们能够以多种速度控制界限。并跳跃，我们可以说，三倍的力量，它跳过障碍。“

在实验中，该团队在逐步较小的占空比下运行机器人，发现，遵循算法的力处方，机器人能够以更高的速度运行而不会下降。Kim表示，该团队的算法使得能够精确控制机器人在运行时发挥的力量。

相比之下，他说，类似的四轮机器人可以发挥高力，但效率差。更重要的是，这种机器人在汽油上运行，并由汽油发动机供电，以产生高力。

“结果，他们更响亮，”金说。“我们的机器人可以保持沉默，并且与动物一样高效。你听到的唯一事情是脚击中地面。这是一种新的范式，我们在高度动态的情况下控制力量。任何腿的机器人都应该在将来这样做。“

这项工作得到了国防高级研究项目机构的支持。

图像：荷西-路易斯·奥利瓦雷斯/麻省理工学院