麻省理工学院的迷你猎豹是第一个做后空翻的四足机器人

麻省理工学院的新型迷你猎豹机器人有弹性，脚轻，动作范围堪比体操冠军。这款四条腿的电动背包可以弯曲和摆动腿宽，使它能够右侧向上或倒置行走。机器人还可以在不平的地形上小跑，速度大约是普通人走路速度的两倍。

以20磅重量 - 比一些感恩节火鸡轻 - 跛行四足动物没有刮水：当踢到地上时，机器人可以快速地迅速地迅速迅速，柔软的肘部摇摆。

也许最令人印象深刻的是它能在站立状态下进行360度后空翻。研究人员称，这种迷你猎豹被设计成“几乎坚不可摧”的，即使在后空翻时被打翻，恢复时也几乎没有损伤。

如果肢体或电机突破，迷你猎豹牢记的模块化。每个机器人的腿都由三个相同，低成本的电动机供电，研究人员使用现成的架子设计。每个电机都可以轻松换掉新的电机。

“你可以将这些零件放在一起，几乎像乐高一样，”技术助理领导开发商本杰明·卡特茨说麻省理工学院的机械工程系。

研究人员将在5月在国际机器人和自动化会议上展示迷你猎豹的设计。他们目前正在建造更多的四条腿机器，旨在为一组10，每个人都希望借给其他实验室。

“为什么我们建立这个机器人的重要组成部分,这使得它很容易实验尝试疯狂的事情,因为机器人是超级强大,不容易打破,如果它打破,很容易也不是很昂贵的修复,”卡茨说,曾在机器人实验室Sangbae金姆,机械工程的副教授。

Kim说，把迷你猎豹借给其他研究小组让工程师有机会在一个高度动态的机器人上测试新的算法和操作，否则他们可能无法接触到。

“最终，我希望我们能够通过一个障碍课程拥有一个机器人狗种族，每个团队都控制着不同的算法的迷你猎豹，我们可以看到哪种策略更有效，”金SID。“这就是你如何加速研究。”

“动态的东西”

Mini Cheetah不仅仅是其前身猎豹3，一个大型，沉重，强大的机器人的微型版，这通常需要稳定，以保护其昂贵的定制设计的零件。

卡茨说:“在《猎豹3》中，所有东西都是超级整合的，所以如果你想改变什么，你必须重新设计。”“而对于迷你猎豹来说，如果你想增加另一只手臂，你只需要增加三到四个模块化发动机。”

卡茨通过将零部件重新配置为小型的、商用的、通常用于无人机和远程控制飞机的电机，提出了电机设计。

机器人有12个马达，每一个都有梅森容器盖那么大，由以下几个部分组成:一个产生旋转磁场的定子或线圈;一个小控制器，用来传递定子应该产生的电流;一种衬有磁铁的转子，随定子的磁场旋转，产生扭矩以提升或旋转一肢;一个变速箱提供6:1的齿轮减速，使转子提供六倍的扭矩，它通常会;还有一个位置传感器，可以测量电机和相关肢体的角度和方向。

每条腿都由三个电机供电，给予它三程度的自由和巨大的运动。轻量级，高扭矩低惯性设计使机器人能够执行快速，动态的操纵，并在不破坏齿轮箱或四肢的情况下对地面产生高力冲击。

“它可以在地面上变化的速度真的很快，”凯茨说。“When it’s running, its feet are only on the ground for something like 150 milliseconds at a time, during which a computer tells it to increase the force on the foot, then change it to balance, and then decrease that force really fast to lift up. So it can do really dynamic stuff, like jump in the air with every step, or run with two feet on the ground at a time. Most robots aren’t capable of doing this, so move much slower.”

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翻出

工程师通过一些演习来跑迷你猎豹，首先通过麻省理工学院的Pappalardo实验室的走廊以及沿着杀戮地区的略微不平坦的地面来测试其运行能力。

在这两个环境中，跨越大约每小时约5英里的四足束缚。机器人的关节能够旋转三倍，扭矩量的两倍，而Katz估计机器人可以快速运行两倍，有一点调整。

该团队还编写了另一段计算机代码，指导机器人以各种瑜伽式的姿势伸展和扭转，展示它的活动范围，以及在保持平衡的同时旋转四肢和关节的能力。他们还对机器人进行了编程，使其能从意想不到的力量中恢复过来，比如侧面的一脚踢。当研究人员把机器人踢到地上时，它自动关闭了。

“它假设一个糟糕的事情出错了，所以它只是关闭，无论他们走到哪里，所有的腿都飞，”凯茨说。

当它收到重新开始的信号时，机器人首先确定自己的方向，然后执行一个预先编程的蹲下或摆动肘部的动作来调整自己的四肢。

Katz和Co-Author Jared di Carlo，电气工程系和计算机科学系的本科，想知道机器人是否可以采取更高的冲击机器人。受到他们去年的课程的启发，由EECS Russ Tedroke教授，他们设置了关于编程迷你猎豹进行后溢。

“我们认为这将是机器人性能的良好测试，因为它需要很多功率，扭矩，并且在翻转结束时存在巨大的影响，”凯茨说。

The team wrote a “giant, nonlinear, offline trajectory optimizations” that incorporated the robot’s dynamics and actuator capabilities, and specified a trajectory in which the robot would start out in a certain, right-side-up orientation, and end up flipped 360 degrees. The program they developed then solved all the torques that needed to be applied to each joint, from each individual motor, and at every time period between start and end, in order to carry out the backflip.

“我们第一次尝试过，它奇迹般地工作，”凯茨说。

“这太令人兴奋了，”Kim补充道。“想象一下，猎豹3号做后空翻，它会撞到，可能会毁掉跑步机。我们可以用台式机上的迷你猎豹来做到这一点。”

该团队正在建立大约10个迷你猎豹，他们计划借出合作团体，Kim打算形成一个迷你猎豹的工程师研究，他们可以发明，交换，甚至与新想法竞争。

与此同时，麻省理工学院的团队正在开发另一种更高冲击的机动。

卡茨说:“我们现在正在研究着陆控制器。我的想法是，我希望能够拿起机器人，把它扔出去，让它用脚着陆。”“假设你想把机器人扔进大楼的窗户里，让它去探索大楼内部。你可以这样做。”

编辑注意：Jennifer Chu的这篇文章被许可重新发布麻省理工学院的新闻。

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