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佐治亞理工學(xué)院的研究人員展示了一種移動(dòng)機(jī)器人，該機(jī)器人可以更換自己的“鞋子”以適應(yīng)不同的地形。
在為機(jī)器人設(shè)計(jì)移動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，通常的目標(biāo)是提出一個(gè)單一的系統(tǒng)，使您的機(jī)器人能夠執(zhí)行您可能需要做的所有事情，無論是步行，跑步，滾動(dòng)，游泳還是這些事情的組合。然而研究團(tuán)隊(duì)人類在面對(duì)這些事項(xiàng)時(shí)，會(huì)根據(jù)不同的場(chǎng)景及環(huán)境更換不同的鞋子，例如運(yùn)動(dòng)鞋，登山靴，溜冰鞋，滑雪板和腳蹼等，優(yōu)化研究其出行系統(tǒng)。
在ICRA上，佐治亞理工學(xué)院的研究人員展示了這種換鞋方法如何應(yīng)用于機(jī)器人。他們不僅想出一種可以使用“可互換推進(jìn)器”的機(jī)器人（他們稱其為機(jī)器人的鞋子），但至關(guān)重要的是，他們?cè)O(shè)法用一只可愛的小機(jī)器人手臂自行完成了互換。
機(jī)器人的鞋子、推進(jìn)器，緊密的安裝在輪子上的T形槽中，并且通過幾何定位和永久磁鐵的組合來保持安全。這就產(chǎn)生了一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的附著系統(tǒng)，只要機(jī)械手以正確的方式搖動(dòng)滑靴，就具有高的夾持力和較低的分離力，交換一個(gè)推進(jìn)器大約需要13秒。
盡管推進(jìn)器交換能力確實(shí)需要機(jī)器人自己攜帶推進(jìn)器，這意味著它必須攜帶一個(gè)相當(dāng)高自由度的機(jī)械手，但機(jī)械手至少可以用于其他各種有用的事情。許多移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)有了一種或另一種機(jī)械手，盡管它們通常用于世界交互而不是自我修改。通過對(duì)結(jié)構(gòu)或自由度進(jìn)行一些調(diào)整，移動(dòng)機(jī)械手也有可能利用可交換推進(jìn)器。
從這個(gè)意義上說，一個(gè)具有永久輪腿的機(jī)器人可以做這個(gè)機(jī)器人所做的一切，而不必?fù)?dān)心手臂或推進(jìn)器的交換，結(jié)果證明這對(duì)效率有很大的影響。在平板混凝土上的輪式結(jié)構(gòu)中，機(jī)器人的運(yùn)輸成本為0.97，研究人員稱“與混凝土上的腿形結(jié)果相比，這大約降低了三倍。”最終，機(jī)器人將能夠處理更廣泛的地形，多虧了船上各種推進(jìn)器的儲(chǔ)備。
機(jī)器人使用安裝在其背面的機(jī)械手從隔室取回推進(jìn)器，并將其固定在其車輪上。照片：佐治亞理工學(xué)院。
迄今為止，大多數(shù)車載機(jī)械手的主要設(shè)計(jì)目的都是感知外部環(huán)境并與之交互，而不是機(jī)器人。因此，車載機(jī)械手可能無法訪問機(jī)器人的所有部件或無法感知手臂與車身之間的相互作用。其次，運(yùn)動(dòng)在推進(jìn)系統(tǒng)和地面之間涉及相對(duì)較高的力。過去，為了最小化尺寸，質(zhì)量和功耗，車載機(jī)械手一直是輕量級(jí)的。結(jié)果，這種機(jī)械手不能施加很大的力。因此，任何可互換的推進(jìn)器必須既能夠承受較大的機(jī)車負(fù)載，又必須易于以低操縱力進(jìn)行調(diào)整。這兩個(gè)要求常常彼此矛盾，這就產(chǎn)生了一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)問題。研究團(tuán)隊(duì)的ICRA演示中有一個(gè)故障視頻，說明了當(dāng)設(shè)計(jì)不夠堅(jiān)固時(shí)會(huì)發(fā)生什么。
該移動(dòng)機(jī)器人的自主行為限于在更換鞋子/推進(jìn)器的過程中機(jī)械臂的軌跡跟蹤。根據(jù)人工命令啟動(dòng)換鞋，換鞋操作是腳本化的軌跡。對(duì)于完全自主的版本，研究團(tuán)隊(duì)將需要一種能夠識(shí)別地形的路徑規(guī)劃算法，以便確定何時(shí)進(jìn)行調(diào)整。這可以通過車載感應(yīng)或預(yù)先加載的地圖來完成。
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想該概念可以應(yīng)用于廣泛的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。由于經(jīng)常使用旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，設(shè)想以類似方式更改線性執(zhí)行器的末端執(zhí)行器。同樣，這些方法可用于修改無源組件，例如在機(jī)器人的后部增加尾巴，在前部增加犁或重新分配系統(tǒng)質(zhì)量。
目前，該機(jī)器人的推進(jìn)器設(shè)計(jì)用于崎嶇的地形，但是研究人員正在探索不同的形狀，這些形狀可以幫助在雪，沙和水中運(yùn)動(dòng)。
