據悉,瑞士蘇黎世聯邦理工學院和蘇黎世應用科技大學的學生團隊為太空探索而設計的四足機器人SpaceBok,正在歐洲宇航局的ESTEC技術中心進行測試。該機器人被設計用于在月球或者小行星等低重力體上行走。
Spacebok的動態行走仿生了跳羚實現快速移動的跳躍步態,其名稱也來自太空(Space)和跳羚(Springbok)兩個單詞的結合。SpaceBok的招牌太空步是連續的跳躍移動,非常具有節奏感。
SpaceBok在結構設計方面更加的緊湊和輕量化,以減小發射成本,具有以下幾個特點:使用高功率密度的力矩電機作為關節驅動單元,不僅可以減小驅動單元的重量,同時大力矩低減速比的驅動配置非常有利于關節的力矩控制;采用一體化彈簧可以有效地緩解四足機器人著地時各足端的沖擊力實現安全降落,同時進行儲能,使機器人的下一次跳躍更高,從而減低關節的驅動功耗,提高了SpaceBok的續航能力;大量使用碳纖維結構,實現機器人本體的輕量化設計,同時也保證了四足機器人的強度;可完全折疊的腿部結構設計,可以有效地減小運輸空間;借鑒傳統衛星的姿態控制裝置,研究人員在四足機器人的軀干位置安裝了反作用輪,通過它的加速和減速控制Spacebok的平衡。
為了驗證SpaceBok在月球上的平衡穩定控制算法和跳躍性能,歐洲宇航局技術中心搭建了模擬月球重力加速度的實驗裝置。該機器人從側面被固定在了一根與水平面成一定夾角的斜向導軌上,導軌的最低端固定了一塊與斜向導軌垂直的木板用于模擬月球的地面。機器人從導軌高側向低側滑下來的加速度就是重力加速度沿斜向導軌方向上的分量,因此只要斜向導軌與水平面的夾角合適,就能保證機器人沿導軌下滑的加速度是重力加速度的1/6,從而實現機器人在月球環境中的模擬。
雖然目前SpaceBok在模擬的月球環境中的跳躍高度只有1.3m,還沒有達到預期的2m,但是其能很好的利用軀干位置處的反作用輪實現空中和著地時刻的姿態控制。
為了進一步模擬小行星非常低的重力環境,SpaceBok的側身被安裝在了一個自由浮動平臺上,保證其在除側身方向外的另外兩個方向上沒有重力加速度。當SpaceBok從一側墻壁往另一側墻壁運動時,它的反作用輪能夠控制它準確的旋轉軀干以保證足端(而不是軀干)與另一側墻壁發生碰撞,從而讓它再次落到另一側墻壁,如此周而復始的運動模擬了低重力環境下單個表面的連續跳躍。
目前,SpaceBok在歐洲宇航局的測試進展順利,后續將在包括障礙物、丘陵地形和真實土壤的環境中測試以及戶外測試。
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原文標題:歐洲宇航局對蘇黎世大學的四足機器人進行測試
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