未來研究大型機器人?導讀兩栖機器人由于具有陸地和水生能力，可廣泛用于各種高風險任務，諸如監測、勘探、污染檢測、搜救等兩栖仿生機器人一般有多種運動模式，例如輪式，腿式，擺動式，起伏式和推進式等等，不同的運動模式各有千秋在本文中，小編将為您介紹一種新穎的小型烏龜啟發式兩栖機器人，它具有一種腿式多矢量噴水複合推進機制，這種機器人能夠像海龜一樣在不同的地形上行走并在水中靈活地遊泳，現在小編就來說說關于未來研究大型機器人?下面内容希望能幫助到你，我們來一起看看吧!

未來研究大型機器人

導讀

兩栖機器人由于具有陸地和水生能力，可廣泛用于各種高風險任務，諸如監測、勘探、污染檢測、搜救等。兩栖仿生機器人一般有多種運動模式，例如輪式，腿式，擺動式，起伏式和推進式等等，不同的運動模式各有千秋。在本文中，小編将為您介紹一種新穎的小型烏龜啟發式兩栖機器人，它具有一種腿式多矢量噴水複合推進機制，這種機器人能夠像海龜一樣在不同的地形上行走并在水中靈活地遊泳。

作者：長安

自然界中具有良好兩栖适應性的蟹、龜、蛙、鳄魚、企鵝、蝾螈等動物為兩栖機器人設計提供了生物原型，根據運動方式的不同，目前的兩栖機器人大緻可以分為兩類：腿式兩栖機器人與蛇形兩栖機器人。

美國龍蝦兩栖機器人

東京工業大學蛇形兩栖機器人

前些日子在澳門召開的2019屆IROS(International Conference on Intelligent Robots and Systems)機器人大會上，來自北京理工大學的研究者們展示了一種新型的小型烏龜啟發式兩栖機器人。如圖所示，機器人主要由密封的機艙，裝有雙目攝像機的頂部外殼，慣性測量單元（IMU），基于人工側線的多壓力傳感器，通訊模塊，兩個四分之一球形船體，中心闆，LMVWCPM和可拆卸的電池盒和電池組成。密封機艙和外殼可以保持半球形與兩個四分之一球殼，機器人保持球形。

ASRobot的結構 水下配置與陸上配置

機器人依靠LMVWCPM（腿式多矢量噴水複合推進機構）進行陸上和水下運動，如左圖所示，這種複合驅動機構具有徑向自由分布的結構，比傳統結構更具優勢，其機械支腿如右圖所示，它具有3個自由度（DoF）的機械支腿由三個數字伺服器，三個連杆部件，一個風管式噴水電動推進器和兩個使該支腿之間旋轉的軸承組成。

LMVWCPM與一條機械腿結構示意圖

這種複合驅動機構使機器人能夠更靈活地在陸地上爬行，并在水中更快地遊泳。在水中，機器人像球一樣遊動封閉了兩個四分之一球形的船體。在陸地上機器人行走時打開了兩個船體。為了評估機器人的性能，研究者們進行了一系列實驗，在實驗室遊泳池和陸地上測試兩栖球形機器人。

兩栖機器人平地運動實驗

通過記錄機器人爬行的時間和距離，獲得了機器人直線運動的速度為：以2s為周期的最大速度高達5cm/s；除了爬行步态，也進行了旋轉步态的實驗即向左和向右旋轉，以2s為周期，最大旋轉角速度向左和向右分别達到16.1度/秒和16.3度/秒。

兩栖機器人在複雜地形運動實驗

研究者們為了證明兩栖球形機器人在不同地形上的适應性，将機器人在草地，沙地，石頭地上和樹葉地面進行測試，機器人全部行走靈活順暢。除了陸地上靈活行走，它在水下更是浪裡白條，遊行水下行走都不在話下。

水下方向控制實驗

水下深度控制實驗

通過噴射水推力，從而實現偏航控制，機器人可以保持大約10s的穩定時間，平均誤差高達1.7度，在深度控制方面，7.5秒之後，機器人可以達到所需的深度25cm，并且平均深度誤差為1.47厘米。

水下爬行實驗

除了偏航控制和深度控制外，機器人還能夠在河流和海洋的底部爬行。因為水中的當量重力小于陸地上的重力會導緻機器人很容易在水中滑倒。此外，腿部在水中擺動得越快，對腿的阻力越大。實驗得到最大速度為：以3s的周期爬行的速度高達3.5cm/s，并且最大角速度高達11.5度/秒。

這項研究将為小型兩栖機器人的設計提供有價值的參考。對陸地與水之間的過渡運動也有一定的研究價值，另外，這項研究将助力在受限的環境中完成勘探任務，如兩栖區域和狹窄的水下洞穴等。

最後讓我們一起來看一下官方在youtube上發布的該機器人的介紹視頻：

文章信息：HuimingXing, Shuxiang Guo, , Liwei Shi, Xihuan Hou,Yu Liu, Huikang Liu, Yao Hu, DebinXia, Zan Li.A Novel Small-scale Turtle-inspired Amphibious Spherical Robot.2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)Macau, China, November 4-8, 2019.

本文版權屬于機器人大講堂

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