十多年前，Ralph Hollis打造了一款非常優(yōu)雅的瘦高型機(jī)器人ballbot。它機(jī)動靈活，能穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)刂卧谝粋€(gè)比保齡球還小的球形輪子上，并由這個(gè)球輪推動著四處行走，風(fēng)頭一時(shí)無兩。

近日，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人研究協(xié)會的Hollis教授以及日本東北學(xué)院大學(xué)的工程學(xué)教授 Masaaki Kumagai聯(lián)手打造了一款優(yōu)雅程度不輸ballbot的最新版本，叫作SIMbot，而驅(qū)使它運(yùn)動的部分只剩下了一個(gè)：球。

是的，SIMbot摒棄了前一代ballbot的機(jī)械傳動系統(tǒng)，極簡的機(jī)械系統(tǒng)讓它不易受損，所以連日常的維護(hù)都免了。全新的發(fā)動機(jī)使用一個(gè)電子控制裝置就可以驅(qū)使球體往任意方向運(yùn)動，而在這個(gè)運(yùn)動的過程中，SIMbot的機(jī)身主體會在球體上保持平衡。

只要你把SIMbot和機(jī)械傳動的ballbot做個(gè)對比，就知道新生代SIMbot的速度完全可以和老司機(jī)ballbot媲美——大概一秒走1.9米?！捌鋵?shí)它們也可以健步如飛，但這樣就不見得走得夠穩(wěn)了?！痹〉脵C(jī)器人學(xué)碩士的Hollis實(shí)驗(yàn)室前成員Greg Seyfarth解釋道。

感應(yīng)電動機(jī)其實(shí)并不新奇。在電動旋翼中，它們不是通過電力連接感應(yīng)電流，而是磁場。唯一的引人矚目的地方是，旋翼是球狀的，而且它在三條軸線結(jié)合的情況下可以往任意方向移動，簡直擁有全方位能力——是的，Hollis和Kumagai讓球體具備了全方位運(yùn)動的能力，而不是僅僅向前或是向后移動幾步。

“發(fā)動機(jī)要靠大量電子器械和軟件才能運(yùn)作，”他解釋道?！暗壳暗内厔菔?，電子器械和軟件的價(jià)格會越來越親民，但是機(jī)械系統(tǒng)的價(jià)格下降幅度并沒有那么大。”

比起之前的ballbot，SIMbot從簡的機(jī)械構(gòu)造是個(gè)巨大的突破。Hollis認(rèn)為它很適合與人類協(xié)同工作，因?yàn)闄C(jī)器人的身體能夠在發(fā)動機(jī)的球體上方保持平衡，高瘦的ballbot不需要縮骨功，就可以穿過一些狹長的地帶，比如走廊和家具之間的狹長空隙。必要的時(shí)候，人們也可以幫它們一把。但是它的自主性還是不容忽視的——SIMbot可以執(zhí)行一些簡單的任務(wù)，比如幫助坐在椅子上的人們站起來，幫他們拎東西，或是做人類忠實(shí)的引導(dǎo)員。

目前，通過移動球來保持機(jī)器人平衡的機(jī)制完全依賴于機(jī)械方法。Hollis打造的SIMbot用了一種叫做“逆向鼠標(biāo)球”的方法：四個(gè)電機(jī)驅(qū)動滾筒會貼著球體，這樣就可以驅(qū)使它向任意方向滾動。同時(shí)，第五個(gè)發(fā)動機(jī)會控制機(jī)器人的偏航運(yùn)動。

“但是驅(qū)動滾筒的傳送帶會磨損，需要替換，”一個(gè)機(jī)器人領(lǐng)域的博士Michael Shomin說道?！皞魉蛶鎿Q掉之后，系統(tǒng)會進(jìn)行重新校準(zhǔn)?！彼€表示，新發(fā)動機(jī)的電晶體系統(tǒng)較為省時(shí)。

球形感應(yīng)電機(jī)的旋翼是個(gè)運(yùn)作精準(zhǔn)的銅殼空心鐵球。球內(nèi)的電流會感應(yīng)到六個(gè)分別配備了三相繞絲的疊層固定鋼片。疊層固定鋼片被安置在球旁邊——它并不是完全垂直的。六個(gè)疊層固定鋼片會在球內(nèi)產(chǎn)生磁波，讓球體沿著磁波的方向移動。磁波的方向會受鋼片里電流的變化而改變。

除了Hollis 和 Kumagai之外，機(jī)器人學(xué)博士Ankit Bhatia和來自薩爾茨堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的訪問學(xué)者Olaf Sassnick也參與了研發(fā)，將發(fā)動機(jī)改良得更適合SIMbot。

“就算發(fā)動機(jī)性能沒有得到優(yōu)化，SIMbot的表現(xiàn)已經(jīng)足夠驚艷，”Hollis說道。“我們期待SIMbot技術(shù)會讓ballbot的可用性、實(shí)踐性和接受度都能提高。”

國家科學(xué)基金會和日本的科學(xué)研究費(fèi)補(bǔ)助基金（KAKENHI）贊助了這項(xiàng)研究。今年五月舉辦于瑞典斯德哥爾摩IEEE ICRA上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)展示了他們的研究成果。

via CMU

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