首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >斯坦福后空翻机器人设计、代码全开源,成本降至3000美元,人人皆可DIY

斯坦福后空翻机器人设计、代码全开源,成本降至3000美元,人人皆可DIY

作者头像
机器之心
发布2019-05-22 00:27:40
6730
发布2019-05-22 00:27:40
举报
文章被收录于专栏:机器之心机器之心

机器之心报道

机器之心编辑部

斯坦福学生机器人俱乐部(Stanford Student Robotics club)Extreme Mobility 团队最近迎来了一名新成员——一个名为 Stanford Doggo 的四足机器人。这个机器人能跳 1 米多高,还能表演后空翻。与其他四足机器人动辄上万美元的成本不同,这个机器人的成本降到了 3000 美元以下,而且设计团队开源了该机器人的设计图、代码以及材料清单。任何感兴趣的人都能够通过这些材料打造属于自己的 Doggo 机器人。

成本低至 3000 美元,人人都能动手 DIY

Doggo 的设计和其他小型四足机器人类似,但其独特之处在于,该机器人成本较低,而且容易获得。其他类似的机器人通常要花费上万美元,但该机器人的设计者——斯坦福 Extreme Mobility 实验室估计,Doggo 的总成本不会高于 3000 美元。而且,Doggo 的整个设计都是开源的,几乎所有的零部件都可以在网上买到。

「我们见过很多研究中所使用的四足机器人,但你通常没有办法把它们带到自己的实验室并用在自己的项目中,」Extreme Mobility 负责人、机械工程专业学生 Nathan Kau 表示。「我们希望 Stanford Doggo 成为一款你可以自己构建的低成本开源机器人。」

Stanford Doggo 现在已经能完成走路、慢跑、跳舞、跳跃等动作,偶尔还能表演一下后空翻。目前,研究团队正在打造一个稍大一点的 Doggo(和比格犬差不多大),并将在 5 月 21 日的加拿大蒙特利尔国际机器人与自动化会议(ICRA)上进行展示。

能跳 1 米多高,后空翻也不在话下

为了让 Doggo 可以复现,研究团队从头开始构建该机器人。他们花了大量时间研究容易获取的原材料,在完成每个部件之后都会对其进行测试,而不是依赖于模拟。

「从一开始想到要构建一个四足机器人到现在已经过去了两年的时间。在这个原型开始迭代之前,我们还构建了若干个原型,」该团队一名 19 岁的成员表示。

Doggo 的第一步无疑是蹒跚学步,但现在它的步态和行进路线已经非常稳定,还能克服较为复杂的地形。它通过马达感应自己受到的外力,并确定每条腿应施加多大的力和扭矩来实现这一目标。这些马达以每秒 8000 次的速度重新计算,这对 Doggo 标志性的舞蹈动作至关重要:它可以跳颇为灵活的布吉舞,看不出来里面其实没有弹簧。

这些马达就像一个由虚拟弹簧组成的系统,当它们感觉到机器人偏离合适的位置时,会平稳而敏捷地将机器人弹回适当的位置。

Doggo 的跳跃能力非常令人惊讶。通过不断改进软件设计,Doggo 已经能跳到 3.5 英尺(约 1 米)高。

Kau 回忆说,「从那时起我们就意识到,这个机器人在某些方面的表现已经超越了其他四足机器人,尽管它的成本要低很多。」从那时起,他们开始尝试让 Doggo 进行后空翻。

Stanford Doggo 能完成小跑、后空翻和跳跃等多种动作。

虽然 Doggo 的构建成本非常低,但因为腿部机制的新型设计和更高效的马达,它的实际效果要比其它昂贵的机器人更好一些。它的扭矩比 Ghost Robotics 相同大小和形状的 Minitaur 机器人(成本达 11500 美元)更大一些。此外,Doggo 的垂直跳跃能力同样也比 MIT 的 Cheetah 3 机器人强。

开源机器人

作为一个开源机器人,Stanford Doggo 的所有代码和设计图都能免费获得。斯坦福希望 Doggo 能为多足机器人提供一个可访问的平台。目前,该开源机器人保持着垂直跳跃敏捷度的最高纪录,它的跳跃高度是目前四足机器人的两倍。此外,因为 Stanford Doggo 总重量低于 5 公斤,根据开源项目做开发更容易也更安全。

  • 项目地址:https://github.com/Nate711/StanfordDoggoProject
  • CAD 设计图:https://a360.co/2OBxTbH

总体上,项目从软件代码、驱动、硬件设计到材料清单提供了完整的资料。下面通过几张结构或演示图,我们可以欣赏欣赏 Doggo 的构造细节。

1. 同轴机制

同轴机制(coaxial mechanism)会驱动每一条腿的运动能力,不论小跑还是跳跃都少不了它。同轴机制也是机器人中最复杂的机制和模块,当然它也是最麻烦的。

根据上面设计图造出来的实际效果大概是:

2.Doggo 的小关节

对于每一个腿部关节,它的构造是这个样子:

3.Doggo 的小脚

Doggo 的小脚是硅胶材质的,斯坦福的研究者用 3D 打印机完成。

5.Doggo 布局

后面还有身体(机箱~)和电路设计图等模块,这里就不一一展示了。最后,我们可以看看 Doggo 的整体内部结构与马达控制器的布局:

Doggo 论文

当然,如果你想搭建一个这样的机器人,除了上面这些具体的结构,最好还是要了解整体设计思路和原理。斯坦福的研究者还为 Doggo 写了一篇论文,这篇论文发表在了 ICRA 2019 上。

论文:Stanford Doggo: An Open-Source, Quasi-Direct-Drive Quadruped

论文地址:https://arxiv.org/abs/1905.04254

这篇论文展示了 Stanford Doggo,它是一种准直接驱动(quasi-direct-drive)的四足机器人,具有很强的动态运动能力。该机器人能媲美或超过当前最优多足机器人的一般性能指标。且在垂直跳跃灵敏度上,即以平均垂直速度为指标,Stanford Doggo 能与表现最好的动物相媲美,并超过此前表现最好的机器人 22%。整体设计架构重点关注准直接驱动的设计方法。复现该机器人的硬件和软件都已经开源,只需要手工工具制造和组装就能完成,总成本低于 3000 美元。

结语

很多研究员认为类似 Doggo 这样的机器人是即将来临的机器人大发展的一部分。四足或双足机器人的能力将变得越来越强,波士顿动力、Agility Robotics 和 Anybotics 等公司都开始将其定位为高效的工具。它们可以用于各种实际任务或场景,例如现场调查、监视、安防或快递包裹等。

而像 Doggo 这样的低成本机器人,可以用于研究者的各种实验,并快速迭代提升控制系统。目前,Doggo 和同类产品一般都为大学实验室而设计,但很快,它们就会投入真实世界。

斯坦福表示,它们希望 Doggo 能提供任何人都可以构建的基准系统。如果我们希望将它用于不同的任务,那么给 Doggo 加上不同的传感器与对应的代码,就能利用运动能力执行它们。

参考链接:

https://www.theverge.com/2019/5/20/18632562/doggo-stanford-open-source-robot-four-legged-cute

https://news.stanford.edu/2019/05/20/dog-like-robot-jumps-flips-trots/

本文为机器之心报道,转载请联系本公众号获得授权。

本文参与 腾讯云自媒体分享计划,分享自微信公众号。
原始发表:2019-05-21,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 机器之心 微信公众号,前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体分享计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档