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科幻片中才有的新型集群机器人!单体和群体均可发生变形
勿扰心安 发布于 2019/11/14 浏览 34

导读

来自科羅拉多大學波德分校(University of Colorado Boulder)和东京大学(University of Tokyo)的研究者共同提出了一个新型的,单体和群体均可发生变形的集群机器人,Shape Bots。借由他们设计的群机器人,研究者们展示了一些十分有趣的和用户发生交互的案例。我相信,当你看到这些充满科幻感的案例,你会觉得未来已经来到我们身边!

1.可变形集群机器人介绍

相信不少人看过动画电影超能陆战队(Big hero 6),并且对可爱的大白(Baymax)十分感兴趣。但不知道大家有没有注意到电影中的大反派用到的武器:无数个微型机器人组成的可变形为任何形状的“机器人”。单个微型机器人虽然个体看上去十分不起眼,但是当它们相互协作时可发挥巨大威力。在现实生活中,研究者们已经在着手研究一种叫做“集群机器人”的机器人技术。当然,我们可不能让这些技术落到“反派”的手中!

动画片中的集群机器人

动画片中的集群机器人

小知识:“集群机器人(Swarm robotics)”是一种多个在结构上相对简单的微型机器人,他们通过共同的“大脑”,相互协调成为一个能够执行复杂任务的机器人系统的技术。

今天小编为大家介绍一个关于集群机器人的新研究,研究者们针对集群机器人的单元体进行了一些新的设计。来自科羅拉多大學波德分校(University of Colorado at Boulder)和东京大学(University ofTokoyo)的研究者共同提出了一个新型的,单体和群体均可发生变形的集群机器人,Shape Bots。借由他们设计的集群机器人,研究者们展示了一些十分有趣的和用户发生交互的案例。文末附有研究的完整视频。

研究者提出的集群机器人

可变形集群机器人动态展示

目前大多数的集群机器人是靠群体的运动来实现群体的变形,在这个研究中,研究者指出,他们设计的一个单体可变形的集群机器人可以以个体为单位或者以集体为单位来改变他们的形状,从而显示信息和操作物体。

可变形集群机器人的概念

如下图中,研究者们设计了一个小型的卷轴驱动的线性驱动器,它单方向最多可以伸出20cm的长度。将两个线性驱动器拼接并且水平放置,即可以通过横向变形成线段来构建不同的图形。结合这两种Shapebots,可以构建一些复杂的形状。比如说水平线,垂直线,曲线,二维可伸缩区域,三维可变体积。

可变形集群机器人单体的展示

2. 机器人的设计和控制

线性驱动单元的设计灵感来自于可伸缩卷尺。在收纳状态时候,它可以被装入一个小盒子里,展开以后可以沿着一定方向承受一定负载。研究者们用两个小型电机和安装于电机上的卷轮实现了线性驱动器。当聚酯薄膜被电机卷出时,末端支撑可以实现推拉一些轻重量的物体,从而实现与外界的交互。

线性机器人驱动单元

研究者们还设计了可移动单元,包括一个电池,充电器,电机驱动器和控制器,还有两个直流电机来驱动小轮,让移动单元可以在光滑平面上自由移动。我们把线性机器人单元和移动单元相互组合起来,可以让群机器人实现更复杂的自主运动组合。

可移动微型机器人单元
单个集群机器人系统

3.可变形集群机器人展示

研究者们根据搭建的平台,展示了可变形集群机器人 ShapeBots的很多种不同的应用场景。我们在这里向大家展示四种比较典型的,其他更具体的介绍大家可以参考文末的论文链接以及文末视频。

搭建的展示平台

多个ShapeBots构建不同的二维图形,并且图形可以根据机器人的位置自动调整。这里向大家展示了动态的正弦波图形,和一个边长可变的正方形。

ShapeBots组成可移动正弦波
 ShapeBots组成可变形正方形
动态演示

ShapeBots可以根据用户需求进行三维的形状变换。这里向大家展示了一个可以用于CAD实体构建的例子,和一个咖啡杯保护罩的例子。

ShapeBots提供CAD物理实体交互设计

动态演示

ShapeBots提供咖啡杯保护罩交互

动态演示

4.未来展望

研究者指出,ShapeBots在未来有很高的应用价值,他们提出了一些可能的应用场景。比如说测量尺寸,可变形无人机,以及作为增强现实的一些硬件。可变形集群机器人向我们展示了无限的可能。虽然现在的ShapeBots机器人看起来还有些不够智能,并且能够实现的功能相对简单,但小编相信,未来的某一天我们的生活中,比ShapeBots更高级的可变形群机器人将会极大地方便我们的生活。

未来应用概念图


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