加州理工讓無人機(jī)長出腿：走路飛行無縫切換

????????警用裝備網(wǎng)訊：?　　這款雙足機(jī)器人，有億點點不一樣。

　　最引人注目的是細(xì)腿高跟鞋，然后是雙臂上的螺旋槳推進(jìn)器。

　　這不同尋常的組合是要做什么？

　　先表演一個蕪湖起飛，然后優(yōu)雅地著陸，在走路與飛行之間平穩(wěn)銜接。

　　4個螺旋槳除了當(dāng)作飛行的推進(jìn)器以外，在地面上也負(fù)責(zé)控制機(jī)器人在所有方向上的姿態(tài)，保持平衡。

　　于是這只機(jī)器人就能hold住最近流行的“走扁帶”運(yùn)動（Slackline），類似于走鋼絲。

　　還可以挑戰(zhàn)滑板繞樁。

　　這款機(jī)器人小名叫Leo，大名Leonardo。名字其實是研究人員玩的一個文字游戲，縮寫自帶腿無人機(jī)（LEgs ONboARD drOne）。

　　LEO來自加州理工大學(xué)，相關(guān)論文還登上了最新一期Science子刊Science Robotics封面。

　　要去做高壓線檢修

　　除了展示效果中的炫技，LEO的開發(fā)目的實際是瞄準(zhǔn)了特定的應(yīng)用場景。

　　也就是地面機(jī)器人和無人機(jī)難以獨立完成的任務(wù)，典型的有高壓線路檢修和高架橋檢測。

　　這些任務(wù)靠人去做比較危險，傳統(tǒng)的雙足機(jī)器人夠不著，無人機(jī)懸停時面對氣流擾動又不夠穩(wěn)定。

　　LEO靠雙腿和螺旋槳的配合，只要給他一個能站的平面，哪怕是撒上油的易滑平面都能保持穩(wěn)定。

　　和商用無人機(jī)做對比，風(fēng)一來無人機(jī)就被吹跑了，而LEO還能維持在原地繼續(xù)工作。

　　把風(fēng)力加強(qiáng)？問題也不大。

　　這樣的平衡能力LEO是怎么做到的？

　　靈感來自鳥類

　　論文的通訊作者，加州理工Soon-Jo Chung介紹到LEO的設(shè)計靈感來自鳥類在電線之間移動跳躍的方式。

　　機(jī)器人要向鳥類學(xué)習(xí)的是在飛行和行走模式之間的正確切換。

　　LEO機(jī)器人在飛行時保持一個平滑的軌跡，到達(dá)著陸點時要把飛行速度調(diào)整到著陸后的行走速度一致。

　　這樣一只腳著陸后切換到走路模式，就可以沿著相同的速度平穩(wěn)地繼續(xù)行走。

　　這些控制由機(jī)器人身上搭載的狀態(tài)機(jī)電路和腳上的傳感器來完成。

　　另外想要飛起來必須做到重量輕，LEO主要部分由碳纖維材質(zhì)組成，身高0.75米，重量只有2.58千克。

　　控制腿運(yùn)動的是集成式直流無刷電機(jī)，裝在靠近腰部的位置，這樣可以減少腿的慣性。

　　腳尖部分是半球形的聚氨酯橡膠，這種材料摩擦系數(shù)很高可以防止滑倒。

　　高跟鞋的設(shè)計也是為了盡可能減少面積和重量，同時在站立不動的時候能保持穩(wěn)定。

　　手臂上則是4個傾斜螺旋槳推進(jìn)器，在不飛行的時候也可以靠推力承擔(dān)一部分機(jī)身的重量，能從任意方向控制機(jī)器人姿態(tài)。

　　這樣的輕便設(shè)計也付出了很多代價，比如行走的效率很低。

　　行走時總共544瓦特的功率中，有445瓦特用于控制平衡的螺旋槳推進(jìn)器，雙腿和其他電子設(shè)備加起來只消耗99瓦特。

　　用衡量運(yùn)動時能耗的CoT指標(biāo) （Cost of Transportation）來表示的話，LEO以每秒20厘米速度行走時的CoT值是108，3米每秒速度飛行時CoT值可降至15。

　　對比人類用的生物能源CoT值則遠(yuǎn)小于1，波士頓動力的雙足機(jī)器人行走時CoT值在20左右。

　　目前，LEO身上背的電池只能維持它進(jìn)行100秒飛行或3.5分鐘行走。

　　對此，研究人員解釋到效率優(yōu)化目前還不是優(yōu)先級最高的任務(wù)，打算先把該有的功能都實現(xiàn)再考慮。

　　要真正去完成工作，還需要把LEO的螺旋槳短臂擴(kuò)展成真正的手臂，以及用視覺算法和機(jī)器學(xué)習(xí)來增加機(jī)器人的自主性。

　　研究人員計劃下次再做展示時要造出兩個LEO機(jī)器人，然后讓他們對打羽毛球和網(wǎng)球。

　　這樣一個機(jī)器人要是飛起來扣球，想想還挺刺激的。

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