美国东北大学研究发现新方法 使蛇形机器人能够同时进行运动和操纵

盖世汽车讯 与传统的轮式或腿式机器人相比，蛇形机器人具有多种优势。例如，滑行机器人可以调整身体形状，进入狭窄空间，并在人类和其他机器人无法进入的环境中自由移动。

然而，与许多轮式和腿式机器人相比，大多数蛇形机器人无法拾取和操纵物体。这极大地限制了它们在现实世界中的应用，因为无法完成需要与周围环境进行更高级交互的任务。

据外媒报道，美国东北大学（Northeastern University）硅突触实验室（Silicon Synapse Lab）的一个研究小组在Alireza Ramezani教授的指导下推出新方法，可以让蛇形机器人同时移动和操纵物体。该方法相关论文目前已在arXiv上预先发表的，且首先在COBRA上实现，其中COBRA是由东北大学学生在BIG Idea竞赛中开发的一个机器人平台。

图片来源：东北大学

“我们开发蛇形机器人COBRA已经近三年了，”西北大学博士生Adarsh Salagame表示。“这个项目最初是为了探索替代运动能力。与标准的轮式或腿式机器人不同，蛇形机器人通常具有多种运动能力，因为它们可以变形为不同的形状，并且可以控制身体的哪些部位与地面接触。与轮式或腿式机器人相比，这需要更精确地调节接触力，因为轮式或腿式机器人只有特定的身体部位接触地面。”

通过成功让COBRA机器人变形成不同的形状，Salagame及其同事能够拓展它的运动技能，展示出五种不同的运动方式。随后，他们还开始探索增强机器人物体操控技能的可能性。

“为了让COBRA机器人更加实用和灵活，将其应用扩展到传统机器人无法触及的领域，我们想到了物体操控这个主意，它需要运动和操控相结合，”Salagame表示。“这就是我们在COBRA上取得的成就。”

COBRA机器人的头部集成了一个夹持装置，旨在帮助机器人在特定的运动模式（即翻滚）中移动。当机器人翻滚时，它的头部和尾部会锁在一起形成一个轮状结构，从而使它能够以高速被动地滚下斜坡。

“我们重新设计了机器人的夹持器，使其可以锁住一个箱子，然后将其捡起并移动到其他位置，”Salagame表示。“这使我们能够灵巧地操纵箱子，并在狭窄的空间、斜坡或标准机器人无法操作的区域中移动。”

为了实现他们提出的机器人操控方法，Salagame及其同事开发了一种基于优化的规划器，该规划器考虑地面反作用力来规划机器人的运动和物体操控策略。在最近的论文中，研究人员测试了这个规划器并证明了它的可行性。

Salagame表示：“我们首先通过研究真实机器人的开环行为来测试这种方法。下一步将是在仿真中实现这个闭环，然后最终在真实机器人上实现。但这项研究向我们展示了我们的方法是可行的。我们正在解决的任务并不简单，因为当与地面有如此多的接触时，关节就会产生大量的滑动和柔顺性，从而导致许多错误。”

该研究团队最近的研究证明了在蛇形机器人中同时解决运动和操纵问题的可行性。到目前为止，研究人员已经使用他们的方法研究了COBRA机器人与地面和箱子的相互作用。未来，Salagame及其合作者计划在更多用途的操纵任务上进一步测试该方法。

Salagame补充道：“我们正在COBRA上添加一个带有摄像头和IMU的传感器套件，我们希望利用机器人的侧向运动来解决更多自主运动任务。利用这种变形能力可以改变机器人的惯性特性，并改变翻滚的方向。我们还将使用摄像头来解决闭环物体操纵问题，让机器人识别盒子、拿起它并将其移动到不同的位置，从而有可能解决涉及高级规划的有趣任务。”