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机器人运动

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机器人运动是机器人使自身从一个位置运动到另一个位置的各种方法的统称。

轮式机器人通常非常节能并且易于控制。然而，许多原因会使得其他形式的运动比轮式运动更合适，例如穿越崎岖的地形，以及在人类环境中运动和交互。此外，研究双足机器人和昆虫仿生机器人可能对生物力学产生有益影响。

该领域的一个主要目标是开发机器人自主决定如何、何时和何地运动的能力。然而，即使是像爬楼梯这样简单的事情，也很难协调大量的机器人关节。自主机器人运动是机器人学许多领域的主要技术障碍，例如人形机器人(如本田的多啦A梦未来科学展)。

1 运动类型编辑

1.1 步行

  • 腿部机构
  • 六足机器人(机器人学)

Klann连杆机构行走运动

步行机器人模拟人或动物的运动来替代轮式运动。腿的运动使得步行机器人可以穿过凹凸不平的表面、台阶和其他轮式机器人难以到达的区域。并且可以减小对环境地形的损害，因为轮式机器人会侵蚀环境地形。[1]

六足机器人以昆虫运动为基础，最常见的是蟑螂[2]和竹节虫，其神经和感觉输出比其他动物简单。多条腿允许几种不同的步态，即使有一条腿受损，这使得它们的运动在机器人搬运物体时更有用。

1.2 双足行走

  • 被动动力学
  • 零力矩点

1.3 奔跑

例子:多啦A梦未来科学展，波士顿机械狗，胡博2 ，运行机器人，以及《丰田合作机器人》。

1.4 旋转

就平面上的能量效率而言，轮式机器人最为高效。因为理想的滚动(但不打滑)车轮不会损失能量。以给定速度滚动的车轮不需要输入来保持运动。这与腿式机器人形成鲜明的对比，腿式机器人在脚跟着地时会受到地面的冲击从而失去能量。

赛格威在机器人博物馆名古屋。

为了简单起见，大多数移动机器人都有四个轮子或多个连续轨道。一些研究人员试图创造出更复杂的只有一个或两个轮子的轮式机器人。这些机器人都有一定的优势，比如更高的效率和更少的部件，以及允许机器人在四轮机器人无法到达的有限空间中通过。

例子:Boe-Bot,宇宙机器人,埃尔默,埃尔希,怡浓,英雄,IRobot创造,iRobot伦巴，约翰霍普金斯野兽,助行架土地,模数机器人,Musa,Omnibot,PaPeRo,Phobot,Pocketdelta机器人,会说话的垃圾桶,RB5X,Rovio,Seropi,摇动机器人,索尼罗利,Spykee,TiLR,Topo,TR Arañ，和Wakamaru。

1.5 跳跃

麻省理工学院腿部实验室的Marc Raibert在20世纪80年代制造了几个机器人，成功演示了非常有活力的行走。最初，一个只有一条腿和一只非常小的脚的机器人，仅通过跳跃就能保持直立。这个动作和一个人在玩弹簧单高跷是相同的。当机器人倒向一边时，它会朝那个方向轻微地跳跃，以便抓住自己。[3]很快，该算法被推广到两足和四足机器人上。研究人员用一个两足机器人演示了奔跑甚至表演翻筋斗.[4]四足机器人也被证明了可以小跑、奔跑、踱步和跳跃。[5]

例子:

  • 麻省理工学院的小猎豹是一个电动四足机器人，具有被动柔顺的腿，能够在大范围的速度下自我稳定。[6]
  • 铁拳二世是一种小型四足机器人，旨在不规则的地形上行走。[7]

1.6 异时运动

具有行波外观的协调、连续的机械动作被称为异时节律或波，在自然界中被纤毛虫用于运输，被蠕虫和节肢动物用于运动。

1.7 滑行

已经成功开发了几个蛇形机器人。这些机器人模仿真实蛇的移动方式，可以在非常狭窄的空间中通过，这意味着有一天它们可能会被用来搜寻困在倒塌建筑物中的人。[8]日本ACM-R5蛇机器人[9]甚至可以在陆地和水中航行。[10]

例子:蛇形机器臂，Roboboa ，和蛇形机器人。

1.8 游动

  • 自主水下航行器

1.9 臂力摆荡

臂力摆荡允许机器人通过摆动行进，只使用能量来抓取和松开表面。[11]这种运动类似于猿从一棵树荡到另一棵树。这两种类型的腕关节运动可以类比于双足行走运动(连续接触)和跑步(richochetal)。持续接触是指手/抓持机构始终附着在被越过的表面上；richochetal则是采用了从一个表面/枝干到下一个表面/枝干的空中“飞行”阶段。

1.10 混合型

机器人也可以被设计成以多种模式执行运动。例如，双足蛇机器人[12]既能像蛇一样滑行，也能像双足机器人一样行走。

2 方法编辑

  • 步态工程
  • 产品优化
  • 运动规划
  • 动作捕捉可以在人类、昆虫和其他生物体上执行。
  • 机器学习，通常采样强化学习。

3 领域内著名的研究人员编辑

  • 罗德尼·布鲁克斯
  • 马克·雷伯特
  • 杰西卡·哈金斯
  • 红色惠特克

参考文献

  • [1]

    ^Ghassaei, Amanda (20 April 2011). The Design and Optimization of a Crank-Based Leg Mechanism (PDF) (Thesis). Pomona College. Archived (PDF) from the original on 29 October 2013. Retrieved 18 October 2018..

  • [2]

    ^Sneiderman, Phil (13 February 2018). "By studying cockroach locomotion, scientists learn how to build better, more mobile robots". Hub. Johns Hopkins University. Retrieved 18 October 2018..

  • [3]

    ^"3D One-Leg Hopper (1983–1984)". MIT Leg Laboratory. Retrieved 2007-10-22..

  • [4]

    ^"3D Biped (1989–1995)". MIT Leg Laboratory..

  • [5]

    ^"Quadruped (1984–1987)". MIT Leg Laboratory..

  • [6]

    ^A. Spröwitz, A. Tuleu, M. Vespignani, M. Ajallooeian, E. Badri, A. J. Ijspeert (2013). "Towards dynamic trot gait locomotion: Design control and experiments with cheetah-cub a compliant quadruped robot". The International Journal of Robotics Research. 32: 932–950.CS1 maint: Multiple names: authors list (link).

  • [7]

    ^H. Kimura, Y. Fukuoka, A. H. Cohen (2004). "Biologically inspired adaptive dynamic walking of a quadruped robot". Proceedings of the International Conference on the Simulation of Adaptive Behavior: 201–210.CS1 maint: Multiple names: authors list (link).

  • [8]

    ^Miller, Gavin. "Introduction". snakerobots.com. Retrieved 2007-10-22..

  • [9]

    ^ACM-R5 Archived 2011-10-11 at the Wayback Machine.

  • [10]

    ^游泳蛇形机器人(日语评论).

  • [11]

    ^视频:腕式机器人像猿一样摆动手臂。.

  • [12]

    ^Rohan Thakker、Ajinkya Kamat、Sachin Bharambe、Shital Chiddarwar和K. M. Bhurchandi。"可重构双足蛇机器人."在2014年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议记录中，2014年。.

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