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机械狗、机械蛇、机械袋鼠…仿生地面机器人研究现状

 机器人世界

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仿生足式机器人主要通过模仿生物迈步方式实现运动,因其多运动模式、运动灵活,具有行走、奔跑、跳跃等多种步态,且对地形适应能力强而受到广大学者们的青睐。
例如国外的美国波士顿动力、麻省理工学院、苏黎世联邦理工学院等,国内的山东大学、浙江大学、国防科技大学、北京理工大学等,这些研究单位主要采用多连杆结构模仿动物腿的伸屈动作。除此之外,气动直线伸缩式,并联伸缩式机构也是常用的机构。
很多昆虫能够在垂直、甚至倒置的表面行走,主要依靠脚下的吸附机构。受壁虎爬行的启发,斯坦福大学采用了高分子聚合物的层叠排布,模仿壁虎脚底的定向黏合剂,实现了仿生爬行壁虎在垂直的玻璃、塑料等光滑表面的行走。
无肢动物如蛇、蚯蚓、蠕虫等,依靠身体的蠕动实现爬行。日本东京工业大学最早开始蛇形机器人研究,实现了机器人的蜿蜒和蠕动行进。
除此之外,美国密歇根大学开发的履带式蛇形机器人“OmniTRead”和卡梅隆大学开发的由16个模块组成的模块化蛇形机器人,实现了越障和快速攀爬。
通过模仿青蛙、袋鼠、蝗虫等具有强大弹跳能力的生物结构并基于弹跳机理设计跳跃机器人也是当前的热门方向之一。德国Festo公司设计的仿生袋鼠机器人BionicKangaroo,模仿袋鼠后腿弹跳原理,采用气动执行机构推动连杆结构实现了高效稳定的连续跳跃。
国外学者使用扭矩弹簧模拟蝗虫后腿股骨和胫骨的运动特性,设计出一种小型跳跃机器人,跳跃高度可达3.1m,距离为3m。
仿生行走机器人对行走路面要求低,能更灵活跨越垂直障碍、沟渠等,具有灵活机动等特性,未来可用于煤矿井下复杂地形环境作业,执行灾后探测、应急救援等高危任务。如在2019年12月美国国防高级研究计划局(DARPA)举办的地下挑战赛中,四足机器人ANYmal成功展示了在地下矿井自主探测作业中的应用,取得了良好的效果。

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