专家告诉你如何让机器人变得更高能效

桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）正在解决机器人在应急响应中使用的最大障碍之一：能源效率。

通过由美国国防高级研究计划局（DARPA）资助的一个项目，桑迪亚国家实验室正在开发的一种技术，它将极大地改善足型机器人的耐力，延长他们在救灾及相关应用时的工作很时间。 桑迪亚国家实验室的其中一个新型机器人将在明年六月举办的DARPA机器人挑战赛总决赛的博览会上展示这项技术。 随着总决赛的临近，世界上一些拥有最先进机器人技术的研究和发展组织都在竞相开发能完成DPRPA指定的一系列任务的应急机器人。参赛机器人将面临模拟可能发生在自然或人为灾难条件恶化的物理环境。许多机器人用脚走路让他们可以适应具有挑战性的地形。 桑迪亚国家实验室的机器人将不参加明年六月举行的总决赛，但他们可以帮助获奖机器人延长他们的电池寿命，直到他们拯救生命的工作完成为止。 “我们将展示双足行走机器人会变得怎样高效节能。效率的提高将让机器人在竞争中不需要再次充电就能有更长的工作时间。”桑迪亚国家实验室的智能系统控制部的项目负责人Steve Buerger说。

应急响应机器人需要持续时间更长的电池

电池寿命是关系到应急响应机器人的效能的一个重要问题。 “你可能有地球上最大、最差、最棘手的机器人，但如果它的电池续航时间为10分钟或20分钟，就像现在的许多机器人一样，当生命危在旦夕时，那些机器人在紧急情况下可能发挥不了作用，”Buerger说。 桑迪亚国家实验室正在开发的第一个机器人是用于支持DARPA挑战赛的，被称为STEPPR。这是一个全功能的研究平台，允许开发人员尝试不同关节层次的机制，其功能类似肘部和膝盖使用了多少能量。 桑迪亚国家实验室的第二个机器人WANDERER主要用于应急响应，将是一个更优化、包装更好的原型。

高能效驱动器关键测试

高能效驱动器驱动机器人关节动作。驱动系统采用高效、无刷直流电机，它具有非常高的扭矩 - 重量比，非常有效的低比变速器和为每个关节定制的特别设计的被动机制以确保高能效。 “我们利用双足行为的共同动态特性，并添加一组‘支撑原件’，包括弹簧和可变变速器，这可以保持电机高效运转，减少损耗。”Buerger说。 Buerger说，蹲伏的机器人能在低速时提供大转矩，但电动马达的效率特别低。一个简单的支撑元件，如一个弹簧，可以提供的扭矩，从而减少电机上的负载。 “当他们改变动作时，支撑元件也可以让机器人进行自我调整。当他们从水平步行变为上坡行走时，他们能精细调节他们关节的动态特性以便在新的环境中达到最优效率，”Buerger说。 在应急响应中，机器人必须适应各种类型的情况。 “在平地上行走时，某些足型机器人的设计非常有效，但在其他情况下功能非常低效，或在其他类型的地形上不能行走。机器人需要驱动系统使得他们在各种不同的情况下都能高效运动。这是可调节支撑元件可以做到的。”Buerger说。 早期的测试表明STEPPR的运行很高效、很安静。 “噪音会导致能量损失，所以安静与高能效是相生相伴的。大多数机器人的噪声很大，在某些应用中这可能是一个很重要的缺点。”Buerger说。

机器人的电子器件及某些软件将公开发布

STEPPR和WANDERER的电子器件和底层软件正通过开源机器人基金会开发。该设计将公开发布，让世界各地的工程师和设计师可以利用最新的研究进展。 佛罗里达人机认知研究所正在为这两个机器人开发高能效行走控制算法。美国麻省理工学院和Globe Motors也该项目做出了贡献。