現(xiàn)代超級“螺”：“大狗”機器人

方菲　劉煥松　徐欣

身負(fù)重物，在各種地形上奔跑、攀登、運載……美國國防高級研究計劃局劃時代的新型機器人“大狗”都能夠做到。以其視頻在“優(yōu)酷”上超過1200萬次的點擊率，“大狗”無疑已經(jīng)吸引世界眼球。

當(dāng)今士兵為了滿足作戰(zhàn)需求，執(zhí)行任務(wù)必須攜帶大量裝備和電池，而徒步作戰(zhàn)人員身上不斷加重的攜行負(fù)荷已成為現(xiàn)代士兵的一大負(fù)擔(dān)。當(dāng)攜行物資質(zhì)量超過45kg時，徒步士兵的作戰(zhàn)能力會大大減退?！按蠊贰睓C器人則可默默地甘心為士兵負(fù)重，被稱為軍用機器人“騾”——

“大狗”機器人由波士頓動力公司研發(fā)。因其行動與狗相類似，所以被稱作“大狗”，主要用途是在崎嶇的地形上運載質(zhì)量達(dá)154kg的負(fù)荷。當(dāng)然，“大狗”在負(fù)荷之下還擁有許多高科技功能。

“大狗”的“眼睛”

為使“大狗”機器人能在它可能遇到的各種崎嶇不平的環(huán)境中“行走”，其頭部集成有立體攝像系統(tǒng)。立體攝像系統(tǒng)由噴氣推進試驗室提供，能夠結(jié)合圖像軟件生成精確的三維地形模型。

三維地形模型可使機器人分辨出前方道路是否安全，可以使“大狗”計算出任何溝壑或洞穴的跨度以及是否可以安全地跳過。在試驗室測試中，“大狗”滿負(fù)荷可成功跳越1.1m的距離。

“大狗”機器人還能夠通過記錄并儲存在自帶計算機中的運動歷史數(shù)據(jù)和測距法推算出崎嶇地形的崎嶇程度，同時還可以通過牽引力調(diào)節(jié)，使其在凹凸不平的地面上避免失腳滑倒，以及失腳滑倒后能夠爬起來。

“大狗”如何“行走”

“大狗”機器人的行走模式通過四條腿來控制，每條腿配備4個為腿關(guān)節(jié)提供動力的低摩擦液壓馬達(dá)。在這些馬達(dá)上安裝了大約50個傳感器，而行走動作最終由操縱這些傳感器的機載計算機控制。這些傳感器用于監(jiān)測機身的姿態(tài)與加速，腿關(guān)節(jié)馬達(dá)的運動和力度，以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速，機器人內(nèi)置發(fā)動機的溫度與液壓。初級控制如關(guān)節(jié)的位置與力度控制，高級控制如移動過程中的速度與高度的控制，都通過機載計算機控制。

因此，“大狗”機器人能夠展示多種移動方式與速度。通過控制它的四條腿，它能夠站起、蹲下、爬行、小跑，甚至飛奔式地跳躍前進?！按蠊贰睓C器人在小跑時的平均速度為5.6km/h左右，跳躍前進的速度超過了11.2km/h。

為了模仿人類行走的速度，這種機器人采用一種動態(tài)平衡小跑步態(tài)，利用橫向速度與加速度來保持平衡。多個慣性傳感器及“大狗”機器人的控制系統(tǒng)測出各條腿的運動力量和地面反作用力來分配絳腿的負(fù)荷，以此來優(yōu)化它的機動負(fù)載能力。

“大狗”：由“操作員控制單元”控制

“大狗”機器人的控制，由一名操作員使用“操作員控制單元”，通過無線網(wǎng)絡(luò)電臺向它發(fā)送指令。

“操作員控制單元”置于人員專用的負(fù)荷背心內(nèi)，包括900MHz無線電廣播天線、無線電臺、行駛控制器接口，還有頭戴式顯示單元，都使用電池供電。

操作人員使用“操作員控制單元”向機器人發(fā)送行駛與速度指令，引導(dǎo)機器人按其指定路線行進。其他指令包括出發(fā)或停止、蹲下以及它能夠執(zhí)行的各種速度。視覺顯示器用于顯示操作數(shù)據(jù)?！按蠊贰睓C器人的自帶控制系統(tǒng)則控制腿部動作與穩(wěn)定性。

“大狗”的下一代：“阿爾法狗”

“大狗”機器人的繼續(xù)發(fā)展演變促進了“步行班用支援系統(tǒng)”的開發(fā)，這一系統(tǒng)亦稱“阿爾法狗”。波士頓動力公司已經(jīng)設(shè)計出改進的同類機器人，它在性能和方便徒步士兵使用上均超出“大狗”機器人。

美國國防高級研究計劃局一直在支持這一項目，最近對最新型“步行班用支援系統(tǒng)”進行首次室外演練，成功地展示出其包括在崎嶇地形上行走的全部能力。

繼這次成功演練之后，一項歷時18個月的計劃業(yè)已公布，定于2013年夏開始實施，這將見證國防高級研究計劃局完成系統(tǒng)的綜合開發(fā)，改進其關(guān)鍵功能，確保對徒步作戰(zhàn)人員具有更大的實用價值。

“阿爾法狗”須驗證它運載181kg負(fù)荷、24小時行走32km的能力，而它的“視覺”傳感器也將要加以改進。

此外，美國國防高級研究計劃局還將增加新功能：

其一，增強的“聽覺”傳感器正在研究中，使班組成員能夠在喊出機器人聽得懂的指令，包括蹲、坐、停、走之后，機器人能夠處理并執(zhí)行。

其二，美國國防高級研究計劃局還希望將“阿爾法狗”用作遠(yuǎn)程輔助電源，使徒步士兵在長時間巡邏或者作戰(zhàn)中能夠用機器人的電源給其他設(shè)備充電。

國產(chǎn)四足機器人首次曝光：酷似美軍“大狗”

近日，一組中國正在研制的四足機器人的照片引發(fā)廣泛關(guān)注。這款機器人主要部件由4條修長的腿和一個圓柱體狀的機身組成，看上去好像一只沒有頭的狗。單從外形上看，我國的這款機器人酷似美國研制的“大狗”機器人，最明顯的是都采用了相同的四條腿設(shè)計，只是我國的這款機器人在尺寸上稍小一些。

讓我們繼續(xù)關(guān)注國內(nèi)外四足機器人的發(fā)展動向。

編輯 劉蘭芳