德州农业大学论文:这条机器人尾巴,像《夺宝奇兵》里的鞭子一样神通广大 | 新智造

2016-09-02 10:32:15     作者:熊蒙      来源:雷锋网

这“条”机器人可以做出不同的动作:拖、拉、绕、拽,甚至“鞭打”物体......

新智造按:本文作者Evan Ackerman,来源IEEE,由新智造独家编译,未经许可拒绝转载!

纵观机器人领域,对机器人尾巴的研究已经不是什么新鲜事了。加州大学伯克利分校团队已经研究出了一种方法,成功用尾巴来控制机器人在空中移动的方向。其理念已经得到了广泛的应用:从会奔跑的机器人,到高度机动性的机器人汽车,它一网打尽。不过,这些应用的共同之处是:它们的尾巴都要依靠马达来制动。

最近,美国德州农业大学在IEEE Robotics and Automation Letters上发表了一篇名为《使用灵活、非制动的尾巴来操纵物体》的论文,阐述了如何用非制动的机器人尾巴来操纵物体。研究人员将一种“灵活的绳状结构”绑在一台小型遥控汽车上,并用它来操纵物体,这绳子有点像《夺宝奇兵》里印第安纳·琼斯的鞭子。而其实,试验表明:这条“琼斯鞭子”可谓神通广大。

这“条”机器人可以做出不同的动作:拖、拉、绕、拽,甚至“鞭打”物体......

下图展示了机器人尾巴拖拉物体的过程:

下图展示了机器人尾巴“鞭打”物体的过程:

此外值得一提的是,这条机器人尾巴也可以在斜坡上完成任务。

论文作者Young-Ho Kim和Dylan A. Shell表示:虽然这种可弯曲、非制动的机器人尾巴非常廉价,运行起来又简单,但迄今为止很少有人涉足此领域的研究。因此,此项研究是有先创性的。

IEEE Spectrum记者采访了 Kim和Shell,以下是采访内容:

IEEE Spectrum:你们为何开始此方面的研究?又是怎么知道此领域很少有人研究的呢?

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell:

很多机器人研究机构的重心都是工具的使用(比如DARPA机器人挑战赛上可钻墙的机械臂),我们也不例外。不过,我们感兴趣的工具和他们有所不同。首先:我们的工具唾手可得,你无需花费重金来购买;其次,其由灵活的材料构成,所以它非常可塑,这大大增强了机器人的能力。我们在论文中也有提到:这次材料的适用范围非常广,它能围住、拖拉物体,还能系住或抽打物体。

其实,此方面也有一些研究者先驱们,不过他们的关注点和我们截然不同,他们一般关注以下几点:

1、如何使用机器人尾巴,提高尾巴的灵活度。

2、如何在运动学上控制绳子的运动,用绳子来拖拉物体。

3、如何设计机器人尾巴,使用运动和动态模型。

而我们的研究重点是让绳状结构材料的功能得以最大发挥,我们将绳子的重量、运动的压力、因加速器而产生的压力都考虑进来。

IEEE Spectrum:你在试验中发现了什么呢?

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell

我们用不同的方式来使用机器人尾巴,让它操纵不同的物体。

首先,我们意识到某些特定的动作能让尾巴呈现特定的形状,这就意味着我们可以只关注绳子的大体形状,而忽略一些小细节。

其次,机器人和物体是通过绳子连接的,它们相互影响。例如,如果物体停止移动,那么机器人的运动也会瞬间停止。

我们探索了机器人的不同动作,只为弄清它们如何操纵物体。最后,我们得出了一个数据库,并得出了不同动作的不同参数,这些参数意义重大。

IEEE Spectrum:除了拖拉和抽打,机器人还能用其他的技巧来操纵物体吗?

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell

在早些时候,我们让机器人在皮带上和皮带下移动。在这个试验中,机器人必须知道如何才能让自己不踩到皮带的洞洞中。这就让我们思考如何才能找出更有用的操纵方式。

于是,我们开始试验不同的技术。我给大家举个有趣的例子:

我们发现:将物体一圈一圈套住,并拖拉它,会增加机器人的力量。当物体太重,机器人用单纯的拖拉动作没法让它移动时,用尾巴将物体一圈一圈围住将增加尾巴和物体间的摩擦力,这样物体就能移动了。

我们还试验了很多其他不同的动作,并将它们的参数添加到了数据库中。

IEEE Spectrum:为什么从长远来看,你们的研究很重要呢?机器人的此种操纵能力对将来的机器人研究又有何意义呢?

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell

绳状物体有着无与伦比的灵活度,同时它简单、廉价。现在面临的挑战就在于它的算法机制。

接下来,我们将会研究扩展机器人尾巴的任务:让它聚集、分离、移动物体,甚至围绕物体打一个结。最终,我们希望我们的研究将会帮助其他研究者理解如何在机器人身体上运行一个灵活的零部件。

IEEE Spectrum:你们接下来会做什么呢?

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell

我们刚刚也提过,我们正在探索机器人操纵物体更丰富、更有趣的参数,来得出新的操纵物体的方法。同时,我们也正在扩展机器人尾巴能够执行的任务范围。

除此之外,我们也在努力让实验取得一个通用化的效果,让其他的试验都能从我们的试验中得到参考。我们得出的参数库较大,适用的范围也广,我们正在探索这些参数的使用价值和使用方法。

其实,物体的形状并不重要,即使是复杂形状的物体也适用,更为重要的是物体的材质。如果机器人尾巴能够操纵一种材质的物体(比如说木船),那么它也可以操纵相似材质的漂浮物体。

现在,我们的机器人尾巴只适用于小型、轻型的物体,并只能在低摩擦力的表面完成任务。在将来,我们将会让它能够操纵更大、更重的物体,让它得到更大范围的应用(比如汽车拉力赛等)。这样,我们的试验将会发挥实际意义。

Via:IEEE

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