這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。Snapbot是迪士尼研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)布的最新機(jī)器人開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。本款機(jī)器人帶有主體和六條可拆卸支腿，呈蜘蛛外形，采用模塊化設(shè)計(jì)，并且能以多種不同方式重新配置，從而可用于不同的移動(dòng)模式。

Snapbot在行動(dòng)

什么使Snapbot與眾不同

Snapbot的研發(fā)重點(diǎn)是能夠在保證機(jī)動(dòng)性的同時(shí)進(jìn)行重新配置。無(wú)論是否只連接了一條腿，或者是否連接了全部六條腿，機(jī)器人仍然能夠行進(jìn)。

雖然以前有很多團(tuán)隊(duì)都致力于研發(fā)有腿機(jī)器人（單足機(jī)器人、雙足機(jī)器人、四足機(jī)器人、六足機(jī)器人等）的可變配置，但這些機(jī)器人中的大多數(shù)都進(jìn)行了基于模型的設(shè)置。因此，您可以將機(jī)器人設(shè)置為三條腿，連接三條腿后觀察機(jī)器人的行為。

借助Snapbot，采用嵌入式算法可“讀取”機(jī)器人的配置并相應(yīng)地調(diào)整其運(yùn)動(dòng)模式。這意味著在“受傷”以后，例如失去一條腿，它可以調(diào)整其行為。

Snapbot的組成部分

Snapbot的硬件包括3D打印機(jī)身和六條腿。

主體是機(jī)器人的中心樞紐。機(jī)器人外形類似于六邊形，六條邊為六條腿提供接口，底部有六個(gè)三角形支腿，可最大限度地減少機(jī)器人與地面的摩擦。

這款機(jī)器人配備了7.2V鋰離子電池，可為機(jī)器提供無(wú)線電源。還配置了一個(gè)OpenCM9.04微控制器，可為機(jī)器提供數(shù)據(jù)處理能力。微控制器通過(guò)四顆鉚釘連接到機(jī)身框架，來(lái)自微控制器的數(shù)據(jù)被輸入兩個(gè)集線器中，然后每個(gè)集線器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶罱娜龡l腿中。

機(jī)身總寬度僅為3英寸，其重量（包括電池和電子設(shè)備）約為0.4磅。

每個(gè)模塊化支腿以徑向形式連接到主體，與Anthrobot不同，這款機(jī)器人配置了六條腿，在主體兩側(cè)各三條腿。

Snapbot最多可以連接六條腿，但設(shè)計(jì)有三種支腿用于提供三種不同類型的運(yùn)動(dòng)。三種腿為：滾動(dòng)間距型、偏航間距型和滾動(dòng)偏航間距型。每條腿都采用3D打印方式按單個(gè)鉸接部件進(jìn)行打印，不能拆卸，每個(gè)部件都配備Dynamixel XL-320位置控制伺服系統(tǒng)。腳底帶有橡膠墊，可以緩沖腿部承受運(yùn)動(dòng)的壓力和沖擊。

這種支腿設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是保持零件的輕量化，同時(shí)仍保持一定程度的結(jié)構(gòu)完整性。每條腿重0.19至0.026磅，具體取決于腿的類型。

Snapbot的研制受到了哪些啟發(fā)？

與其他仿生機(jī)器人一樣，Snapbot也受到了生物的啟發(fā)，研究人員對(duì)此進(jìn)行了深入研究。他們還特別研究了那些能夠根據(jù)自身情況改變位形的人。當(dāng)一個(gè)人坐著站起來(lái)時(shí)，他改變的不僅僅是位置，還有肢體運(yùn)動(dòng)，就像海星這樣的動(dòng)物為逃避捕食者能夠自愿斷肢，然后肢體可以再生。

該研究報(bào)告還指出昆蟲(chóng)即使在失去六條腿中的一條或多條腿后仍能行走。研究報(bào)告還引用了青蛙經(jīng)歷的變態(tài)過(guò)程—長(zhǎng)出兩條腿并失去一條尾巴。

在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，研究人員還研究了其他模塊化機(jī)器人系統(tǒng)，這些系統(tǒng)帶有較小的積木式部件和均勻的聯(lián)軸器。此外，研究人員還研究了如何利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)創(chuàng)建能夠適應(yīng)環(huán)境而不斷變化或改變結(jié)構(gòu)/配置的機(jī)器人。

工作原理 – 拼接

機(jī)器人身體和腿互相分離和重新連接的機(jī)制是通過(guò)磁體元件完成的。總共采用了四塊磁鐵，包括每個(gè)機(jī)器人支腿的連接，使得支腿容易脫離或重新與軀體結(jié)合。磁體還按極性擺放，使四肢按正確方向吸附在正確的部位。

但這些磁性接頭并非僅僅是簡(jiǎn)單的磁體。每個(gè)聯(lián)軸器的中心是一個(gè)8針彈簧式連接器。該連接器用來(lái)傳輸電力為腿部供電，并將數(shù)據(jù)傳遞給腿部以實(shí)現(xiàn)各種腿部動(dòng)作。

工作原理 – 運(yùn)動(dòng)機(jī)制

在Snapbot中，運(yùn)動(dòng)算法是基于機(jī)器人中央主體中的微控制器而設(shè)計(jì)的。該微控制器可實(shí)時(shí)工作，以確定機(jī)器人的腿部配置；然后根據(jù)所連接的腿數(shù)確定其運(yùn)動(dòng)路徑。

根據(jù)這種迭代算法，Snapbot的移動(dòng)僅限于直接前進(jìn)，但處理器仍然需要計(jì)算許多變量。一種類型的支腿將默認(rèn)14種腿部位形組合，但三種支腿結(jié)合起來(lái)，將總共有700種可選的腿部配置。

為了評(píng)估腿部的當(dāng)前配置，控制器對(duì)每條腿上的伺服器進(jìn)行操作以確定所連接的支腿類型。通過(guò)將伺服電機(jī)的數(shù)據(jù)線連接到控制器的引腳上，從而確定不同類型的支腿位置。每100毫秒完成一次對(duì)該配置的掃描。

然后，處理器根據(jù)配置情況計(jì)算正向運(yùn)動(dòng)路線。腿部運(yùn)動(dòng)包括三種模式：劃船、爬行和行走。只有一條腿時(shí)，機(jī)器人使用劃船動(dòng)作來(lái)拖動(dòng)身體。在雙腿配置的任何可變選項(xiàng)中，機(jī)器人通過(guò)爬行運(yùn)動(dòng)將滾動(dòng)式關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)最大化，以使腳與地面之間更好地接觸，并拖動(dòng)身體。在可以行走的腿部組合配置中，Snapbot可以將其身體抬離地面，并通過(guò)同步使用對(duì)角線雙腿向前行走。

Snapbot的未來(lái)發(fā)展空間

雖然Snapbot展示出了模塊化腿部的可變配置模型以及實(shí)時(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)的適應(yīng)能力，但這款機(jī)器人仍然只是該公司研發(fā)的過(guò)渡產(chǎn)品。

迪士尼研究院表示，這款機(jī)器人將“用于進(jìn)一步研究腿部運(yùn)動(dòng)”。該團(tuán)隊(duì)正在計(jì)劃改進(jìn)算法并增加傳感器（如相機(jī)），并檢測(cè)所帶來(lái)的效果。

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

設(shè)備升級(jí)版適用于所有熱愛(ài)電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇