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机械之心报道
机械之心编辑部
最近，各式机械人可以说是十分火热了。今年，腾讯宣布了多模态四足机械人 Max，继 Max 之后，轮腿式机械人 Ollie，也能完成跳跃、360 度空翻等高难度动作。而 MIT 的研究职员也推出了一种可以执行后空翻等杂技动作的新型类人机械人，并提出了设计焦点「执行器感知的动力学运动设计器」和「着陆控制器」。
缔造一个可以后空翻、旋转跳跃、越过障碍物的机械人是异常具有挑战性的，由于这些机械人通常需要庞大的硬件设计、运动设计器和控制算法。
后空翻领域最着名的机械人选手，是来自波士顿动力的 Atlas。它可以单脚站立，可以翻跟斗，甚至可以做出芭蕾舞步，但人们 Atlas 背后的手艺隐秘知之甚少。
最近，来自麻省理工学院和马萨诸塞州大学阿默斯特分校的研究职员设计了一种可以执行后空翻等种种杂技动作的新型类人机械人，并提出了设计焦点 - 执行器感知的动力学运动设计器和着陆控制器，现在相关论文已经上传在 arXiv 平台。
论文链接：https://arxiv.org/pdf/2104.09025.pdf
认真开发机械人软件和控制器的研究者 Donghyun Kim 示意：「在这项事情中，我们试图提出一种控制算法以使类人机械人执行种种杂技动作，并为此首先通过实验确定了执行器的性能和运动设计器的主要局限性。」
为了执行高度动态的行为，机械人通常需要有用地行使执行器。大多数现有的机械人设计都不能完全解决与硬件相关方面的挑战，例如在高扭矩、高速运动时代可能发生的电压下降。
正如 Donghyun Kim 所说：「对机械人来说，执行动态运动是一项挑战，由于他们的操作员必须首先领会硬件和软件之间的关系。我们基于对机械人硬件积累的履历和知识，试图使用控制算法来解决动态运动中的要害硬件局限性。」
Donghyun Kim 及其互助者开发了一种新方式，可以处置在运动设计和控制历程中与高度动态的机械人行为相关的约束。连系他们提出的机械人设计，就可以实现更多例如杂技演出的动态运动。
这一新型的类人机械人与已往开发的其他类人机械人之间最显著的区别就是执行器。研究者通过几款四足机械人，包罗 MIT Cheetah 猎豹 1、2、3 以及 mini Cheetah 机械人的精彩性能证实晰执行器手艺的显著改善。新型的类人机械人应用了相同的执行器手艺，具有高度可反向驱动、快速准确的扭矩控制等特点，以及紧凑坚硬的形状。
详细而言，MIT Cheetah 机械人的设计独专程连系了扭矩麋集型电念头、高带宽力控制以及通过反向驱动减轻影响的能力。这种设计范式允许机械人发生将自身推进到空气中所需的脉冲，同时还提供机械鲁棒性，使其能够控制在着陆时发生的高速撞击。接纳了相同的设计原则，靠近最终设计的虚拟模子如下图所示。
下图所示机械人高约 0.7 m，重约 21 kg。约莫 75.6% 的质量集中在机械人的躯干、肩部和臀部，22.5% 在机械人的腿，其余 1.9% 在机械人的手臂。机械人的每条腿都有五个定制的执行器：三个用于臀部，一个用于膝盖，一个用于脚踝的间距。膝枢纽、踝枢纽和肘枢纽包罗一个皮带传动系统，可在这些枢纽处提供更高的扭矩。每条腿可以在每只脚上发生 3D 地面反作用力以及围绕每只脚的俯仰轴和偏航轴的力矩，执行器设置详见下图。系统将由高性能 60V、3Ah 电池组供电，四个无线接触传感器被安装在每只脚的脚后跟和脚趾上，以检测接触时间。
随后，Donghyun Kim 和他的同事在仿真中测试了他们的机械人设计、运动设计器、着陆控制器以及种种杂技行为。
可以高效完成种种庞大义务是未来 MIT 类人机械人研发的目的。同时，研究职员设计在现实天下中测试他们的设计、运动设计器、控制算法。
「我们会继续在真实的机械人中测试开发的控制算法，并推动有腿机械人的动态能力，」 Donghyun Kim 说。「我们还设计将感知系统整合到我们的控制算法中，让机械人加倍能够对外部环境的转变做出响应。」
参考链接：https://techxplore.com/news/2021-05-mit-humanoid-robot-dynamic-robotic.html
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