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波士顿动力机器人后空翻动作背后的技术浅析

发布时间:2017-12-30

  波士顿机器人后空翻技术分析

  (原题:试图揭开波士顿动力学新的阿特拉斯翻腾飘飘的面纱 - 背后的技术分析)雷锋网出版社:作者段金军,东南大学自动化智能机器人学院方向博四位研究生,原文中知道,雷冯网授权转载。 2017年11月16日,阿特拉斯跳,旋转,后空翻视频几乎令整个机器人圈震撼,各大媒体纷纷报道,我也想到波士顿动态2017.11.16新发布的机器人阿特拉斯视频?发表感受的感觉,当然只有感情是不够的,作为一个技术工程的男性,还是应该考虑到底是什么技术。让我们看看这个视频:让机器人看看麻省理工学院Legging实验室的早期视频:单脚和双脚四脚跳跃的机器人,更多的研究成果和视频可以看出:MIT腿实验室。三十年前的故事,如果你想知道今天的BD,看看这个网站:Boston Dynamics正在改变你对机器人能做什么的想法。近年来已经有很多BD产品,包括Handle,SpotMini,Atlas,Spot,LS3,WildCat,BigDog,SandFlea和RHex。见波士顿动态波士顿动力学的细节。还有上帝知道波士顿电力公司是什么性质的公司? BD是在离开MIT LegLab之后,由Marc Raibert(Marc Raibert - Wikipedia)创立的。 Marc Raibert于1980年在CMU创立了Leg Lab,1986年离开CMU,1995年到MIT工作。1992年,他创立了Boston Dynamic,一家模拟和机器人公司。公司成立后,曾服务过包括国防高级研究计划局(DARPA)在内的多个军事机构,甚至赢得了数千万美元的国防投资。此时,BD和Gill Pratt是分不开的,Gill Pratt Marc Raibert的学生。虽然Gill Pratt是前DARPA机器人挑战者,但BD总是接受DARPA的投资也是合理的,BD于2013年被Google收购,但在2016年据报丰田将从Google接管BD(丰田公司接管了波士顿电力公司背后的六大最大理由--100公司),当时吉尔·普拉特(Gill Pratt)离开了DARPA并且是丰田研究院(TOYOTA Research Institution,TSI),后来的消息无法阻止它,2017年,BD被软银这本书回到了正常,在阅读了BD之后,接下来回顾Atlas的经典动作 - 后空翻,在介绍Atlas后空翻技术之前,先介绍一些准备知识1. Atlas属于一种类型的Limbed系统春天的机器人手册P419-441),张贴了一些图片,进一步细化,阿特拉斯属于有腿的机器人(Spring Handbook of Robotics P1203-1263),而Altas的挑战并不是后空翻,挑战是后空翻之前的运动规划(例如,如何平衡,如何控制接触力等)。 (使腿式机器人行走或跑步的主要困难之一是保持平衡:机器人放在哪里,即使在强扰动的情况下,它应该如何移动身体以便在特定的方向上安全移动?这种困难来源于与环境接触的力量是产生和控制运动的绝对必要条件,但是它们受到单向接触的力学规律的限制:1)腿部运动的动态曲线最关键的部分是动力学建模,一般是基于拉格朗日和牛顿和欧拉模型。这是一个解释:飞行阶段,阿特拉斯不与环境接触,因此没有任何接触力f_i。这时牛顿方程简化如下:空中的过程实际上是一个抛物线运动,所以没有办法改变阿特拉斯在空中的运动。上述公式中的欧拉公式可以简化为:在这种情况下,图集可以控制关​​节的运动和整个旋转,只要它降落。综上所述,在空中运动时,阿特拉斯不能改变运动方式,而是可以改变姿势,也就是后空翻或者前倾翻身等复杂的动作,只要在降落前动作能够完成,当然,在跳跃之前还需要做步态和运动计划。 2)与地面接触接触面包括平坦的地面或多个表面。视频中的接触面大致平坦。如果使用多个表面,则控制将更加复杂。不管接触面如何,阿特拉斯与地面的瞬间接触力都非常大,所以电机有非常高的要求,BD很聪明,采用液压伺服控制。如果是电机,可能会爆发几分钟。即使是液压伺服控制,也要考虑主动或被动顺从控制。个人觉得登陆后的平衡相对于步行或跑步平衡来说是比较简单的,如果步行或跑步平衡可以控制的话,可能会比较容易平衡登陆,但跳跃后与地面接触力变得困难。及时的设计在天空中尤为重要,如果时间短,阿特拉斯不能转化为行动;长期以来,阿特拉斯需要不断地调整自己的姿势,才能保证在接触地面之前有一个平衡的动作。当然,整个过程并不是那么简单,下面给出参考,感兴趣的朋友可以阅读以下内容(春季机器人手册P1206-1263)。 ①接触平坦的地面:压力中心。联系多个表面。 ②联系模式。 ③符合接触模型。 ④刚性接触模型。 ⑤混合动力学和非光滑动力学。 ⑥稳定性分析 - 不下降。 ⑦动态步行和跑步运动的产生。⑧运动和力量控制。 ⑨走向有效的步行。⑩不同的接触行为。内容太多,不可能通过一篇文章清楚解释,所以只给出一个粗略的解释和内容,发挥宝贵的作用。参考文献:Siciliano B,Khatib O. Springer机器人手册[J]。斯普林格机器人手册,2016年。

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2017-12-30

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