研究人員演示了一種具有四只腿的柔軟步行機(jī)器人

近日《科學(xué)機(jī)器人》雜志中，圣地亞哥大學(xué)的研究人員演示了一種具有四只腿的柔軟步行機(jī)器人，該機(jī)器人的步態(tài)與烏龜相似，由管子和閥門(mén)制成的氣動(dòng)回路系統(tǒng)控制著步態(tài)。這種由空氣驅(qū)動(dòng)的神經(jīng)系統(tǒng)可以從單個(gè)壓縮空氣源按順序啟動(dòng)多個(gè)自由度，從而大大降低了復(fù)雜性，并為機(jī)器人本身帶來(lái)了基本的決策形式。

有一些很難制成軟元件的組件，包括壓力源和必要的電子設(shè)備。該機(jī)器人真正的亮點(diǎn)在于，研究人員設(shè)法獲取了一個(gè)壓力源（一個(gè)牽引繩或一個(gè)車(chē)載二氧化碳存儲(chǔ)筒），并使用一個(gè)完全振蕩的三閥回路將其引導(dǎo)到四個(gè)不同的支腿，每個(gè)支腿具有三個(gè)不同的氣室。

其靈感來(lái)自生物學(xué)，包括四足動(dòng)物在內(nèi)的自然生物利用稱為中樞模式發(fā)生器（CPG）的神經(jīng)系統(tǒng)組件來(lái)支配四肢重復(fù)運(yùn)動(dòng)，這些四肢用于行走、飛行和游泳。這在某些生物中顯然比在其他生物中更為復(fù)雜，并且通常由感覺(jué)反饋來(lái)介導(dǎo)，但是CPG的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基本上只是一個(gè)重復(fù)回路，該回路依次驅(qū)動(dòng)肌肉以產(chǎn)生穩(wěn)定連續(xù)的步態(tài)。在這種情況下，要以成對(duì)的對(duì)腳驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)肌肉，從而產(chǎn)生對(duì)角對(duì)聯(lián)步態(tài)，對(duì)角的四肢同時(shí)向前和向后旋轉(zhuǎn)。

（J）有節(jié)奏的腿部動(dòng)作的氣動(dòng)邏輯電路。施加到三個(gè)逆變器組件的恒定正壓源（P +）導(dǎo)致高壓狀態(tài)在電路周?chē)鷤鞑?，每個(gè)逆變器都有延遲。當(dāng)一個(gè)逆變器的輸入為高電平時(shí)，連接的執(zhí)行器（即A1，A2或A3）充氣。高壓狀態(tài)的這種順序?qū)е聶C(jī)器人的每對(duì)腿部在由氣動(dòng)連接確定的方向上旋轉(zhuǎn)。（K）通過(guò)反轉(zhuǎn)氣動(dòng)振蕩器電路的激活順序，連接的致動(dòng)器以新的順序（A1，A3和A2）充氣，從而導(dǎo)致（L）機(jī)器人的腿反向旋轉(zhuǎn)。（M）機(jī)器人的示意性底視圖，其中指出了要向前行走的腿部運(yùn)動(dòng)方向。

通過(guò)將常閉半部（頂部）切換為常開(kāi)，將常閉半部（底部）切換為常閉，每個(gè)閥均充當(dāng)逆變器。

回路本身由三個(gè)管道連接的雙穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)閥組成，通過(guò)為流經(jīng)其中的氣體提供阻力，可以改變管的長(zhǎng)度和內(nèi)徑來(lái)調(diào)節(jié)阻力，從而起到延遲的作用。在回路內(nèi)，加壓氣體的運(yùn)動(dòng)既是能量的來(lái)源，也是信號(hào)的來(lái)源，因?yàn)榛芈分械膲毫o(wú)論在哪里，都是腿在移動(dòng)。最簡(jiǎn)單的電路僅使用三個(gè)閥，并且可以使機(jī)器人沿一個(gè)方向行走，更多的閥可以添加更復(fù)雜的腿部控制選項(xiàng)。

這項(xiàng)工作與美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室為探索金星而開(kāi)發(fā)的流動(dòng)站有相似之處，該流動(dòng)站不是軟體機(jī)器人，但它在類(lèi)似的約束下運(yùn)行，因?yàn)樗荒芤揽總鹘y(tǒng)的電子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自主導(dǎo)航或控制。

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