喜歡《蠟筆小新》的人,肯定對小新最喜歡的卡通形象,也是他最好的朋友——“動感超人”耳熟能詳!皠痈谐恕鄙響选敖^技”:“動感鐵拳”、“動感光波”、“動感跳躍”……他總是在最危險的時候、最危險的地方出現(xiàn),救人于危難。成為“動感超人”,或有一個“動感超人”的朋友,成為不少人童年最天真、最美好的愿望。
上海交大
機械與動力工程學(xué)院高峰教授帶領(lǐng)團隊研制出“仿生小象機器人”,可采用人機交互遠程操控方式完成復(fù)雜危險環(huán)境下搬運、搜索、探測和救援作業(yè)等任務(wù),標(biāo)志著我國四足仿生機器人邁入國際先進行列。這樣的“智慧小象”,讓“動感超人”走進了現(xiàn)實。
人們通常用上“刀山”、下“火!眮硇稳菟幁h(huán)境的極端復(fù)雜危險?梢韵胂筮@樣幾個場景:某地發(fā)生9級以上地震,且余震不斷,一時間通信中斷,斷壁殘垣把災(zāi)區(qū)和外界隔絕開來,救援工作難以展開。如何第一時間了解災(zāi)區(qū)情況,搶險救人?某居民區(qū)發(fā)生重大火災(zāi),一位老人和一名兒童被困家中,而火勢太猛,無法進入家中施救,怎么辦?在極端復(fù)雜危險環(huán)境下,人類總是顯得渺小而無奈,而“智慧小象”卻能在這樣的環(huán)境中大顯身手。
高峰教授介紹,在這些地形環(huán)境下工作,需要具備適應(yīng)各種不同地形環(huán)境的靈活穩(wěn)定的運動能力、環(huán)境實時感知能力,以及自律控制與人機交互協(xié)同的遠程操控能力,這些都是四足仿生機器人的前沿技術(shù)。
圍繞這些前沿技術(shù),高峰團隊提出了既能抗沖擊,又能適應(yīng)不同地形的仿生機構(gòu),研制出了高功率密度驅(qū)動單元——
液壓絲杠、伺服單元等關(guān)鍵部件,實現(xiàn)了機器人的高速、高精度控制。此外,“智慧小象”還具有較好的抗慣性力擾動的平衡能力,實現(xiàn)外部沖擊擾動下機器人姿態(tài)的穩(wěn)定控制。
當(dāng)這些高端技術(shù)全副“武裝”在“智慧小象”上,“智慧小象”就變成了十足的“超人”。高峰教授告訴記者,通過遠程人機結(jié)合,“智慧小象”具備了深入極端復(fù)雜危險環(huán)境的能力,可以完成搬運、搜索、探測和救援作業(yè)等多種任務(wù)。
人們會好奇,被稱為現(xiàn)實版“動感超人”的“智慧小象”到底是什么樣子?
高峰教授介紹說,“智慧小象”長約1.2米,寬約0.6米,高約1米,“體重”約130公斤。從外形上看,“小象”的體型比較“敦實”,“四肢”健壯有力,走起來一步一個腳印,神態(tài)“活靈活現(xiàn)”,如果再加上兩根長長的象牙,儼然就是一頭機動靈敏的“小象”。
據(jù)介紹,“智慧小象”可以自帶動力源,無需憑借外接動力線纜和通訊線纜,“馱”至少100公斤的重物,一小時跑4公里,而且腿部可做至少12個自由變換,最大行走坡度超過10度。
別看“小象”馱著重物,它可以慢走,也可以小跑。有人擔(dān)心,萬一“摔”了一跤怎么辦?“小象”身上裝有力覺測量與實時感知信息反饋系統(tǒng),實現(xiàn)了“肌體”的動態(tài)平衡與穩(wěn)定控制,使“小象”具備抗慣性力擾動和抗外載荷沖擊擾動的平衡自恢復(fù)能力。因此,假如在路上被大石頭拌了一下,“小象”可以瞬間恢復(fù)平衡。
長期以來,國內(nèi)四足仿生機器人和單元技術(shù)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用水平同國際先進水平相比有明顯差距。
早在2000年,高峰教授帶領(lǐng)的團隊便開始仿生機器人的研究工作,先后開發(fā)了兩足、四足和六足機器人,積累了大量經(jīng)驗。2011年年初,項目團隊成功獲得國家863計劃主題項目“高性能四足仿生機器人”資助。項目實施伊始,項目團隊便瞄準(zhǔn)目前代表國際上四足步行器研究最高水平的美國波士頓動力公司的Big Dog機器人,設(shè)計的各項性能指標(biāo)力爭達到Big Dog的水平,甚至在高功率密度驅(qū)動單元等核心技術(shù)上超越對方。在不到兩年的時間里,項目團隊先后開發(fā)了四代小象機器人,通過反復(fù)的測試,最終確定了目前的并聯(lián)腿單元及其步態(tài)規(guī)劃、穩(wěn)定性控制算法。
目前,高峰教授團隊研發(fā)的“智慧小象”在四足仿生機器人設(shè)計與控制理論上取得重要成果,突破了仿生機構(gòu)、高功率密度液壓驅(qū)動、狀態(tài)感知與環(huán)境適應(yīng)、仿生步態(tài)規(guī)劃與動態(tài)控制等核心技術(shù);研制出了具有高速、高負載能力、對典型非結(jié)構(gòu)化地形具有高適應(yīng)能力的四足仿生機器人系統(tǒng),使我國四足仿生機器人進入國際先進行列!爸腔坌∠蟆本哂型耆灾髦R產(chǎn)權(quán),已申請國家發(fā)明專利7項,成為國際上四足仿生機器人名副其實的“排頭小象”。
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