LEONARDO双足机器人可以骑滑板和走松垮垮的绳索

加州理工学院的研究人员建造了一个双足机器人，它结合了行走和飞行，创造了一种新型的运动方式，使其异常灵活，能够进行复杂的运动。

部分行走机器人，部分飞行无人机，新开发的LEONARDO(LEgs ONboARD drOne的简称，简称LEO)可以走松绳，跳跃，甚至可以骑滑板。LEO 由加州理工学院自主系统和技术中心 (CAST) 的一个团队开发，是第一个使用多关节腿和基于螺旋桨的推进器来实现对其平衡的精细控制的机器人。

一篇关于 LEO 机器人的论文于 10 月 6 日在线发表，并出现在 2021 年 10 月的Science Robotics封面上。

“我们从大自然中汲取灵感。想想鸟类能够拍打和跳跃导航电话线的方式，”通讯作者兼航空航天与控制和动力系统 Bren 教授 Soon-Jo Chung 说。“当鸟类在行走和飞行之间移动时，会发生一种复杂而有趣的行为。我们想了解并从中学习。”

“穿着喷气式飞机服的人在着陆或起飞时如何控制他们的腿和脚与 LEO 如何使用基于螺旋桨的分布式推进器和腿关节的同步控制之间存在相似性，”Chung 补充道。“我们想从动力学和控制的角度研究步行和飞行的界面。”

双足机器人能够通过使用与人类相同的动作来应对复杂的现实世界地形，例如跳跃或跑步，甚至爬楼梯，但它们会受到崎岖地形的阻碍。飞行机器人通过简单地避开地面就可以轻松地在崎岖的地形中航行，但它们面临着自己的一系列限制：飞行过程中的高能耗和有限的有效载荷能力。“具有多模态运动能力的机器人通过在可用的运动方式之间适当切换，能够比传统机器人更有效地穿越具有挑战性的环境。特别是，LEO 旨在弥合空中和双足运动这两个不同领域之间的差距。通常不会与现有的机器人系统交织在一起，”加州理工学院的博士后研究员、该论文的共同主要作者 Kyunam Kim 说。科学机器人论文。

通过使用介于步行和飞行之间的混合运动，研究人员在运动方面获得了两全其美的优势。LEO 的轻型腿通过支撑大部分重量来减轻其推进器的压力，但由于推进器与腿关节同步控制，LEO 具有不可思议的平衡。

“根据需要穿越的障碍物类型，LEO 可以选择使用步行或飞行，或根据需要将两者混合使用。此外，LEO 能够执行不寻常的移动动作，即使在人类中也需要掌握平衡，就像在松绳上行走和滑板一样，”科学机器人论文的共同主要作者帕特里克·斯皮勒说，他是钟的小组的前成员，目前在喷气推进实验室工作，该实验室由加州理工学院为 NASA 管理。

LEO 高 2.5 英尺，配备两条带三个驱动关节的腿，以及四个以一定角度安装在机器人肩膀上的螺旋桨推进器。当一个人走路时，他们会调整双腿的位置和方向，使重心向前移动，同时保持身体的平衡。LEO 也以这种方式行走：螺旋桨确保机器人在行走时保持直立，腿部致动器通过使用同步行走和飞行控制器改变腿的位置以向前移动机器人的重心。在飞行中，机器人单独使用螺旋桨，像无人机一样飞行。

“由于它的螺旋桨，你可以用很大的力戳或刺激 LEO，而不会真正将机器人撞倒，”加州理工学院研究生、科学机器人论文的合著者 Elena-Sorina Lupu (MS '21) 说。LEO 项目于 2019 年夏天开始，科学机器人论文的作者和三名加州理工学院的本科生通过研究所的暑期本科生研究奖学金 (SURF) 计划参与了该项目。

接下来，该团队计划通过创建更坚固的腿设计来提高 LEO 的性能，该设计能够支撑更多机器人的重量并增加螺旋桨的推力。此外，他们希望让 LEO 更加自主，以便机器人能够了解在不平坦的地形上行走时，腿部支撑了多少重量，以及需要螺旋桨支撑多少。

研究人员还计划为 LEO 配备一种新开发的利用深度神经网络的无人机着陆控制算法。通过更好地了解环境，LEO 可以自行决定步行、飞行或混合运动的最佳组合，以根据最安全的方式和使用最少能量的方式从一个地方移动到另一个地方.

“现在，LEO 在行走时使用螺旋桨来保持平衡，这意味着它使用能量的效率相当低。我们计划改进腿部设计，使 LEO 能够在最少的螺旋桨帮助下行走和保持平衡，”将继续研究 LEO 的 Lupu 说在她的博士期间 程序。

在现实世界中，为 LEO 设计的技术可以促进自适应起落架系统的发展，该系统由用于空中机器人和其他类型飞行器的受控腿部关节组成。该团队设想，未来的火星旋翼机可以配备腿式起落架，以便这些空中机器人在降落在倾斜或不平坦的地形上时可以保持身体平衡，从而降低在具有挑战性的着陆条件下失败的风险。

标签：