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行星探测漫游车通过“后旋转踏板”避免了沙坑
2020年09月09日    阅读量:392    新闻来源:中网信息 ChinaNews360.com  |  投稿

火星或月亮起伏的丘陵距离最近的拖车很远。这就是为什么下一代勘探漫游者将需要擅长攀爬覆盖有松散材料的山丘,并避免陷在软的颗粒表面上。


行星探测漫游车通过“后旋转踏板”避免了沙坑 中网信息,ChinaNews360.com


带有可抬起的轮状附件和能够“摆动”的新型机器人 “ Mini Rover”具有 ”,它已经开发并测试了足够强大的复杂运动技术,可以帮助它爬上被这种颗粒状物质覆盖的山丘,从而避免了危险被愚蠢地卡在某个遥远的星球或月球上中国机械网okmao.com


研究人员将这种复杂的动作称为“后旋转踏板”,该机器人可以利用其独特的设计结合划桨,行走和车轮旋转动作来爬坡。流动站的行为是使用物理学的一个分支,即地形动力学建模的。


佐治亚理工学院物理学院的邓恩家族教授丹·高德曼说:“当松散的材料流动时,这可能会给在其上移动的机器人造成麻烦。” “这款流动站具有足够的自由度,可以非常有效地摆脱卡纸。通过从前轮散装雪崩材料,它为后轮创造了一个局部的流体坡道,其陡度不如实际坡度。


流浪者总是自生自灭,为自己打造好山丘。”


Mini Rover内置多功能附件,能够旋转也可以“摆动”和举起的车轮,并以NASA新颖的漫游车设计为模型,并在实验室中用于开发和测试足够强大的复杂运动技术,以帮助其攀登由颗粒状物质,这里是普通的沙滩沙。信用:佐治亚理工学院的克里斯托弗·摩尔

这项研究将于5月13日作为《科学机器人》杂志的封面文章进行报道。这项工作得到了美国国家航空航天局国家机器人计划和陆军研究办公室的支持。


美国国家航空航天局(NASA)的约翰逊太空中心(Johnson Space Center)制造的机器人率先旋转了轮子,用轮子扫掠了表面,并在必要时提起了每个带轮附件,从而创造了广泛的潜在运动。佐治亚理工学院的研究人员使用内部3D打印机与约翰逊航天中心合作,在具有12个不同电机驱动的四轮附件的小型飞机中重新创建了这些功能。


佐治亚理工学院乔治·伍德拉夫机械工程学院的本科生Siddharth Shrivastava说:“流动站是采用模块化机电一体化架构,市售组件和最少数量的零件开发的。” “这使我们的团队能够将机器人用作强大的实验室工具,并将精力集中在探索创造性和有趣的实验上,而不必担心损坏流动站,服务停机或遇到性能限制。”


迷你流浪者通过罂粟种子平板床推动自己的视频。图片来源:Shrivastava等,科学 机器人。5,eaba3499(2020)

流浪者广泛的运动范围使研究团队有机会测试使用颗粒阻力测量和改进的抵抗力理论研究的许多变化。Shrivastava和物理学院博士 候选人安德拉斯·卡赛(Andras Karsai)从NASA RP15机器人探索的步态开始,并且能够尝试无法在全尺寸漫游车上测试的运动方案。



 

研究人员还使用称为SCATTER(任意地形的系统创建和探索性机器人测试)的流化床系统在旨在模拟行星和月球山坡的斜坡上测试了实验步态,该系统可以倾斜以评估控制颗粒状底物的作用。Karsai和Shrivastava与高盛实验室的博士后研究员Yasemin Ozkan-Aydin合作,在SCATTER测试设备中研究了流动站的运动。


迷你流浪者穿过罂粟种子床,该床旨在模拟颗粒表面的运动。该机器人用于测试足够强大的复杂运动技术,以帮助其爬上覆盖有此类颗粒物质的行星山或月球山。图片来源:乔治亚理工学院高盛实验室

Karsai说:“通过创建一个具有与RP15漫游车相似的功能的小型机器人,我们可以在受控的实验室环境中测试各种步态运动的原理。” “在我们的测试中,我们主要改变了步态,运动介质和机器人必须爬升的坡度。我们快速迭代了许多步态策略和地形条件,以检查出现的现象。”


在本文中,作者描述了一种步态,该步态使流动站能够爬上陡峭的斜坡,前轮搅动颗粒状材料(用于实验室测试的罂粟种子)并将其推回后轮。后轮左右摆动,抬起并旋转以产生类似于在水中划桨的动作。被推到后轮的物料有效地改变了后轮必须爬的坡度,使流动站能够稳步前进,可能使一个简单的轮式机器人停下来。


实验提供了戈德曼小组早期机器人物理学工作的一种变体,其中涉及用腿或脚蹼移动,该变体强调了尽可能少地扰动颗粒表面以避免卡住机器人。


RP15流动站的视频从粒状床中脱出。图片来源:Shrivastava等,科学 机器人。5,eaba3499(2020)

戈德曼说:“在我们以前的以动物为模型的纯足机器人研究中,我们有点想出秘密是不要弄乱。” “如果最终使大多数机器人弄得一团糟,那么最终只能划桨并挖掘颗粒状的物料。如果想快速移动,我们发现您应该通过调整运动参数。”


但是事实证明,简单的动作对于火星漫游者是有问题的,因为火星漫游者陷入了颗粒状材料中。高盛表示,Shrivastava,Karsai和Ozkan-Aydin发现的步态也许能够帮助未来的漫游者避免这种命运。


高盛说:“如果正确使用起重,推运和划桨的这种组合,就可以保持向前的进步,即使速度很慢。” “通过我们的实验室实验,我们已经证明了可以提高行星探测甚至在我们自己星球上具有挑战性的表面的鲁棒性的原理。”


研究人员希望下一步将不寻常的步态扩大到更大的机器人,并探索一起研究机器人及其本地化环境的想法。高盛说:“我们想将运动及其环境作为一个整体来考虑。” “当然有一些有趣的颗粒和软物质物理问题需要探索。”


美国宇航局约翰逊航天中心的RP15实验视频。带有绿色框的试验说明了RP15滑行,过渡到RS步态。带红色框的试用版仅说明RP15轮转。图片来源:Shrivastava等,科学 机器人。5,eaba3499(2020)

尽管Mini Rover的设计目的是研究月球和行星探索,但所汲取的经验教训也可能适用于陆上运动,这是该项目的发起者之一的陆军研究实验室所感兴趣的领域。


美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室成员,陆军研究办公室项目经理Samuel Stanton博士说:“基础研究揭示了在复杂且屈服的地形中运动和颗粒侵入的反直觉原理和新颖方法。” 。“这可能会导致能够感知地形的新颖平台,该平台能够在轮式和腿式运动模式之间智能地转换,以保持较高的运行速度。”


除已提及的内容外,研究人员还与NASA的Robert Ambrose和William Bluethmann合作,并前往NASA JSC研究全尺寸NASA 漫游车。


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