麻省理工大學(xué)認(rèn)為，機(jī)器人研究應(yīng)該更注重實(shí)用化，機(jī)器人技術(shù)能得到快速發(fā)展在于其能用來解放和拯救生命。
Hermes，麻省理工大學(xué)研究人員開發(fā)的一款一種雙足機(jī)器人，它可以模仿操作員的平衡，在跑步、行走和跳躍時(shí)保持直立。開發(fā)初衷是讓ta能能從燃燒的建筑物、化學(xué)品泄漏或任何人類救援人員無法接近的災(zāi)難中營救遇難者。
研究人員定義認(rèn)為這個(gè)雙足機(jī)器人有朝一日可能是一項(xiàng)柔性化極強(qiáng)且適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)器人模組。例如，更強(qiáng)力的救援機(jī)器人大塊頭可以下方都用上這個(gè)，然后雙腿站起來推開重重障礙物，或者沖破一扇鎖著的門，這或許比人形的機(jī)器人更給力。
工程師們在四條腿機(jī)器人的設(shè)計(jì)以及它們的奔跑、跳躍甚至背部動(dòng)作能力方面取得了長足的進(jìn)步。但是讓兩條腿的仿人機(jī)器人在不摔倒的情況下對某物施加力或推動(dòng)一直是一個(gè)重要的障礙。
Joao Ramos遙控操作Hermes 圖：Joao Ramos和Sangbae Kim
現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和伊利諾伊大學(xué)香檳分校的工程師們已經(jīng)開發(fā)出一種在兩腿遙控機(jī)器人中控制平衡的方法，這是使仿人機(jī)器人能夠在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中執(zhí)行高沖擊力任務(wù)的重要一步。
這個(gè)團(tuán)隊(duì)制作的機(jī)器人，外形都酷似一個(gè)機(jī)械軀干和兩條腿，由一個(gè)穿著背心的人類操作員遠(yuǎn)程控制，這個(gè)背心將人類的運(yùn)動(dòng)和地面反作用力的信息傳送給機(jī)器人。通過背心，人類操作員既可以指揮機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，也可以感受機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。如果機(jī)器人開始翻倒，人類會(huì)感覺到背心上有一個(gè)相應(yīng)的拉力，并且可以通過調(diào)整來重新平衡自己和機(jī)器人。在測試這種新的“平衡反饋”方法的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)中，研究人員能夠遠(yuǎn)程保持機(jī)器人跳躍時(shí)的平衡，并與人類操作者同步行走。
作為麻省理工學(xué)院博士后，joao ramos開發(fā)了這種方法，他說：“這就像背著一個(gè)沉重的背包跑步，你可以感覺到背包的動(dòng)力是如何在你周圍移動(dòng)的，你可以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償。”現(xiàn)在，如果你想打開一扇沉重的門，人類可以命令機(jī)器人把身體扔到門前，推開門，而不會(huì)失去平衡。”Joao ramos現(xiàn)在是伊利諾伊大學(xué)香檳分校的助理教授，他在一項(xiàng)發(fā)表在《Science Robotics》上的研究中詳細(xì)闡述了這一方法。這項(xiàng)研究的合著者是麻省理工學(xué)院機(jī)械工程副教授sangbae kim。
不僅僅是運(yùn)動(dòng)
此前，Kim和Joao ramos建造了兩腿機(jī)器人Mechanisms （用于高效的機(jī)器人機(jī)構(gòu)和機(jī)電系統(tǒng)），并開發(fā)了通過遠(yuǎn)程操作模擬操作者動(dòng)作的方法，研究人員說，這種方法具有一定的人文優(yōu)勢。Joao ramos說：“因?yàn)槟阌幸粋�(gè)可以在飛行中學(xué)習(xí)和適應(yīng)的人，機(jī)器人可以執(zhí)行以前從未練習(xí)過的動(dòng)作（通過遙控操作）。”
在實(shí)例中，赫爾墨斯把咖啡倒進(jìn)杯子，用斧頭砍木頭，用滅火器滅火。所有這些任務(wù)都涉及到機(jī)器人的上身和算法，以使機(jī)器人的肢體定位與操作者的肢體定位相匹配。赫爾墨斯能夠進(jìn)行高沖擊運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闄C(jī)器人是植根于原地的。在這些情況下，保持平衡要簡單得多。然而，如果機(jī)器人被要求采取任何步驟，它很可能在試圖模仿操作者的動(dòng)作時(shí)翻倒。
“我們意識到，為了產(chǎn)生強(qiáng)大的力量或移動(dòng)重物，僅僅模仿動(dòng)作是不夠的，因?yàn)闄C(jī)器人很容易墜落，”金說。我們需要復(fù)制操作員的動(dòng)態(tài)平衡。”
進(jìn)入小愛馬仕，這是一種愛馬仕的微型版本，它大約是第三個(gè)成年人的大小，團(tuán)隊(duì)將機(jī)器人簡單地設(shè)計(jì)為一個(gè)扭矩和兩個(gè)腿，并專門設(shè)計(jì)系統(tǒng)以測試下體任務(wù)，如機(jī)車和秤。作為一個(gè)完整的身體對抗部分，小愛馬仕是為遠(yuǎn)程操作而設(shè)計(jì)的，一個(gè)操作員在一件控制機(jī)器人動(dòng)作的夾克中下落。
對于機(jī)器人復(fù)制操作員的平衡比他們的動(dòng)議更大，團(tuán)隊(duì)必須首先找到一種簡單的方式來表示平衡。Joao ramos意識到，平衡可以從兩個(gè)主要成分中分離出來：一個(gè)人的“質(zhì)量中心”和他們的壓力-基本中心，一個(gè)點(diǎn)在地面上，庫卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，在地面上，一種力量等同于所有支持力量的力量都被鍛煉。
在與壓力中心有關(guān)的質(zhì)量中心的位置，Joao ramos發(fā)現(xiàn)，直接關(guān)系到一個(gè)人在任何時(shí)候的平衡。他還認(rèn)為，這兩種成分的位置可以作為一個(gè)倒置的吊墜的物理代表。想象一下，在同一個(gè)地方坐著的時(shí)候，從一邊到另一邊。該效應(yīng)類似于垂直上下垂直的滑動(dòng)，頂端代表了一個(gè)“質(zhì)量中心”（通常在扭轉(zhuǎn)中）和底部代表其地面壓力中心。
重型起重
為了確定重心與壓力中心的關(guān)系，拉莫斯收集了人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包括在實(shí)驗(yàn)室里的測量數(shù)據(jù)，在那里他來回?cái)[動(dòng)，走到位，跳上測力板，測量他在地面上施加的力，同時(shí)記錄了他的腳和軀干的位置。然后，他將這些數(shù)據(jù)壓縮成質(zhì)量中心和壓力中心的測量值，并建立了一個(gè)模型，將它們相互關(guān)系表示為一個(gè)倒立擺。
然后，他開發(fā)了第二個(gè)模型，類似于人體平衡模型，但縮放到更小、更輕的機(jī)器人的尺寸，他還開發(fā)了一個(gè)控制算法，將兩個(gè)模型連接起來并實(shí)現(xiàn)反饋。
研究人員測試了這個(gè)平衡反饋模型，首先是在實(shí)驗(yàn)室里建立的一個(gè)簡單的倒立擺上，它是一個(gè)和小愛馬仕差不多高的橫梁。他們把光束連接到遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)上，然后光束在軌道上來回?cái)[動(dòng)，以響應(yīng)操作者的動(dòng)作。當(dāng)操作員向一側(cè)搖晃時(shí)，橫梁也會(huì)這樣做——操作員也可以通過背心感覺到這種移動(dòng)。如果光束擺動(dòng)過大，操作者感覺到拉力，KUKA機(jī)器人示教器維修，可以用另一種方式傾斜來補(bǔ)償，并保持光束平衡。
兩足機(jī)器人小愛馬仕
實(shí)驗(yàn)表明，新的反饋模型可以維持梁上的平衡，因此研究人員隨后在小愛馬仕身上試用了該模型。他們還為機(jī)器人開發(fā)了一種算法，將簡單的平衡模型自動(dòng)轉(zhuǎn)換為每只腳必須產(chǎn)生的力，工業(yè)機(jī)器人維修，以復(fù)制操作者的腳。
在實(shí)驗(yàn)室里，Joao ramos發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他穿上背心時(shí)，他不僅可以控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和平衡，而且還能感覺到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人被來自不同方向的錘子擊中時(shí)，拉莫斯感到背心朝著機(jī)器人移動(dòng)的方向猛拉。Joao ramos本能地抵制了拖拽，機(jī)器人發(fā)現(xiàn)拖拽是重心相對于壓力中心的微妙移動(dòng)，然后它模仿了這個(gè)移動(dòng)。結(jié)果是機(jī)器人能夠避免翻倒，即使是在身體不斷受到打擊的情況下。