对于那些研发四足运动机器人的专家而言,往往需要耗费大量时间来制定机器人步态控制策略,这样才能确保它们行走时更加稳定、并适应各种不同环境。一般来说,科学家会使用先进的控制器来让机器人更有效地完成工作任务,比如向机器人指派给定任务,或是根据特定地形来选择适当的步态。

不过现在,一批来自日本大阪大学的研究人员正在尝试采用不同的方法,依靠四足机器人的身体和周围环境之间的相互作用,加上一些弱力腿部电机的支持,在不需要任何传感器或控制器的条件下让机器人自动生成步态。

这个概念最厉害的一点,就是可以利用低扭矩直流电机的机械无缘性构建出一种振荡器模型,并以此产生步态。四足机器人的每个腿中的低扭矩电机会利用纯物理机制来延迟和调整腿的相位:它自身的弱力。该机器人没有传感器,没有控制器,只有弱力制动器,但却可以自动生成各种步态。

在相关实验中,唯一需要改变的是驱动四足机器人腿部的四台直流电机的输入电压。机器人生成的步态,是从地面和机器人的电机之间的互相作用自发产生的:电机的力度足够弱,但是当机器人有较大力量推动四足移动时,电机的运转就会放慢,形成一种平衡,这样就会让机器人四足在运动的时候保持力量同步。此外,电机同步的模式取决于机器人四足的移动速度,不同的速度会导致产生不同的步态。

四足机器人的当前配置——2.5伏特和4伏特的电压输入,可以表现出两种稳定的步态。2.5伏特电压输入可以让四足机器人以对角线序列的方式移动,4伏特电压输入则会产生横向移动的步态。另外,当输入电压为1.5伏特时,四足机器人可以在几个不同的步态之间转换,但是表现并不稳定。而当输入电压为6伏特时,四足机器人的表现可以在以下视频中看到:

研究人员认为,步态变化和机器人的固有结构也有一定程度的关联,包括机器人记住在滚动和偏航时会弯曲多少,身体部分的重量有多少,以及机器人的重心高度等。本质上来说,通过机器人的自身配置产生的步态在某种意义上是一种“自然振荡”,而且不同的机器人配置可以产生不同地“振荡”,继而导致出现不同的步态。研究人员还称,他们的实验或许可以“解释四足动物步态调整的物理机制”。当然啦,如果要下最终定论,可能还需要更多的证据予以支持。

的确,也许有人会说这种“设备”根本算不上是一款机器人——甚至从技术角度来看,叫它机械自动机或许会更准确一些。但尽管如此,该“设备”创始人依然坚持称其为机器人,而且他们还在2017 IEEE机器人和生物模拟国际大会上发表了相关论文。

(原文发表于IEEE,参考地址:Weak, Brainless Quadruped Robot Autonomously Generates Gaits;雷锋网编译)

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