本月早些時候,麻省理工學(xué)院(MIT)發(fā)布了其迷你獵豹(Mini Cheetah)的新視頻,這是來自麻省理工學(xué)院仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的小型四足機(jī)器人。該實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、機(jī)械工程教授桑巴·金(Sangbae Kim)日前接受采訪,談了許多關(guān)于迷你獵豹設(shè)計以及機(jī)器人未來發(fā)展需要面對的問題。
麻省理工學(xué)院此前指出,迷你獵豹機(jī)器人重約9公斤,配有12個模塊化電動馬達(dá),每條腿都有動力髖關(guān)節(jié)(2自由度)和膝關(guān)節(jié)。馬達(dá)是現(xiàn)成的廉價部件,而不是專門定制的昂貴設(shè)計模塊,它最大的關(guān)節(jié)速度為40弧度每秒,這在技術(shù)上看已經(jīng)非??欤曨l中迷你獵豹機(jī)器人展示的后空翻,在第一次嘗試時就成功了,接下來,迷你獵豹將被教導(dǎo)在被拋入空中后,執(zhí)行非常像貓的動作,即雙腳著陸。桑巴談了更多細(xì)節(jié):
問:你們?yōu)楹我瞥龈“姹镜墨C豹機(jī)器人?
桑巴:這主要是為了加速機(jī)器人研究。如果你和任何使用機(jī)器人的人交談,他們會告訴這個過程會有多痛苦:這些機(jī)器人脆弱、危險,扭矩不足,很難建模,有大堆的問題。如果你有個像獵豹3這樣的機(jī)器人,你每天運(yùn)行它的實(shí)際時間是多少?這可能是1%或更少,因?yàn)樗茈y運(yùn)行,而且相當(dāng)危險。假如有什么東西壞了,可能要耽誤很長時間。
但有了迷你獵豹機(jī)器人,你就可以每天運(yùn)行5個小時,我們已經(jīng)做了3個小時的演示,沒有任何問題。基本上,我們已經(jīng)達(dá)到了一定水平,它是如此可靠,以至于我們可以放心把它交給其他在硬件上屢受阻礙的團(tuán)體使用。
迷你獵豹差不多有著完美體型,9公斤不是太小,但也不是太大,它依然危險而脆弱,這個機(jī)器人我們用了12個月,期間沒有更換任何機(jī)械部件,這主要得益于我們的執(zhí)行器技術(shù)。我們設(shè)計的機(jī)器能夠承受撞擊,執(zhí)行跳躍和著陸等動作,已經(jīng)幫助其達(dá)到了每秒2.5米的速度,這對于它的體型來說已經(jīng)很快了,但理論上它可以達(dá)到每秒4米,這相當(dāng)于獵豹3的最高速度。
問:液壓馬達(dá)仍在大多數(shù)高性能的動態(tài)機(jī)器人中使用,為什么電動執(zhí)行器更適合像獵豹和迷你獵豹這樣的機(jī)器人?
桑巴:我和馬克·雷伯特(Marc Raibert)討論過這個問題,他和我的觀點(diǎn)略有不同。他認(rèn)為有些關(guān)于縮放的問題,但我不同意,電動馬達(dá)的縮放技術(shù)已經(jīng)十分成熟,我真的對迷你獵豹的表現(xiàn)感到驚訝,因?yàn)槠潆妱玉R達(dá)規(guī)??s小得很厲害,其秘密在于設(shè)計中的細(xì)節(jié):如果你看一看迷你獵豹的肩部(致動器),它們相對于獵豹3更大。這不是很明顯,但迷你獵豹的肩膀相對于它的身體長度比例更大,這使得它更強(qiáng)大。
電動馬達(dá)可以很容易地放大,以至于制造馬匹大小的機(jī)器人,你就能使它跑得像馬一樣快,在功率密度方面沒有什么問題,我認(rèn)為當(dāng)涉及到人形機(jī)器人時,這個問題就變得有趣了,因?yàn)槿诵螜C(jī)器人需要更高的自由度,所以在12度的自由度時,這不是問題,我認(rèn)為電動馬達(dá)是最好的選擇。但是如果你需要24度的自由度,并且需要在腕部、踝部和頸部擁有更高自由度,電動馬達(dá)往往就會受到影響。
這就是液壓開始變得有吸引力的地方,因?yàn)槟阌懈蟮碾娫?,但?zhí)行器相對較小,而且比具有等效扭矩的電動馬達(dá)小得多。當(dāng)然,液壓動力還需要其他補(bǔ)充,所以在某種程度的自由度上,我認(rèn)為電動執(zhí)行器在各個方面都會更好地實(shí)現(xiàn)簡單易用的設(shè)計,但是一旦自由度過大,液壓動力就有了巨大的優(yōu)勢。
問:既然有了迷你獵豹,你還會繼續(xù)和獵豹3合作嗎?
桑巴:到目前為止,我們已經(jīng)進(jìn)行了95%的仿真,然后當(dāng)我們對控制器有信心時,我們會在機(jī)器人身上進(jìn)行測試?,F(xiàn)在我們要移動到50%在模擬中,40%在迷你獵豹中,10%在獵豹3中。即使你的算法在模擬中并非超級強(qiáng)大,迷你獵豹在測試它時也沒有問題,安裝過程大概需要2分鐘,如果出了問題,它也不會壞。
對研究機(jī)器人來說,“不壞”是件大事,因?yàn)檫@意味著你可以在它們身上試驗(yàn),或者相信你的學(xué)生可以在他們身上試驗(yàn),而不需要先設(shè)置四份電子報警器,穿上防彈衣,拿出支票簿,站在火警報警器旁邊。正如桑巴所指出的,堅固的機(jī)器人意味著你可以在模擬中少做許多工作,這更有趣(而且可能更有效率)。
我們的計劃是建造10個迷你獵豹機(jī)器人,其中5到6個將在麻省理工學(xué)院的不同實(shí)驗(yàn)室投入使用,以同時解決不同的問題,希望它能加速開發(fā),這可能加快開發(fā)速度5到6倍。其他四五個機(jī)器人可以離開麻省理工學(xué)院,進(jìn)入經(jīng)驗(yàn)豐富的有腿機(jī)器人團(tuán)隊。桑巴說,我們最終希望“舉行機(jī)器狗障礙賽跑,每個團(tuán)隊用不同的算法控制迷你獵豹,我們可以看到哪種策略更有效?!?/p>
比賽最初很可能是由人類控制的,但最終迷你獵豹將實(shí)現(xiàn)完全自主運(yùn)作。一旦它實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo),我們便期望在不久的將來能有更廉價的消費(fèi)者版本上市。