見慣了飛行的無人機,走路的四足機器人, 能跑、能飛、還能爬牆的機器人,你見過嗎?
可以在各種崎嶇地形快速行走:
遇到障礙物不怕,“低個頭”就過來了:
爬陡坡,甚至垂直牆面,彷彿被蜘蛛俠附體:
世界這麼大,陸地可限制不住我,走,上天!
這款縱橫陸空的機器人由蓋夫本古裡安大學的David Zarrouk 教授開發,叫做“FCSTAR”,聽名字就知道,它是STAR機器人家族中的一員,這個家族裡的成員個個都是運動健將,運動能力非常強,有的能飛,有的能游泳,還有的爬行速度非常快。
我們今天要介紹的FCSTAR除了能跑會飛外,一個新增的亮點是在陡坡甚至垂直牆壁上爬行,這得益於其獨特的驅動機構和雙向推力機構,增加了其對錶面的抓地力。
▍前推力爬陡坡牆壁,副推力能拖動30倍重物
FCSTAR機器人長 24 釐米,寬 27 至 34 釐米,剛性結構包括裝有控制器、板載電池和由伺服電機驅動的伸展機構,還配備了四輪推進、可逆控制器和螺旋槳。
有了螺旋槳,機器人不僅能飛,也為垂直爬行提供了推力,這種推力可以增加機器人在斜坡上行駛時與表面的抓地力,從而防止其滑倒或翻車。其中,兩個螺旋槳電機同時用於飛行和爬行,剩下的兩個電機可用於產生負升力(透過反向旋轉)增加機器人與表面的接合力。
推力可以由不同的螺旋槳旋轉產生,在幾種推力產生的可能性中,研究人員使用了前推力來讓機器人爬坡,兩個前部電機施加負升力,兩個後部電機用來驅動機器人的四個輪子。
透過施加負推力,機器人還可用於拖動重物,它成功拖動了一輛帶有腳輪的手推車,總質量超過 40 公斤,幾乎是機器人重量的 30 倍。
▍陸空小霸王,最快速度3.2 m/s
研究人員測試在瓷磚地板、草地和石頭等表面上測試了機器人的地面駕駛能力,在相對光滑的表面上,機器人達到了 3.2m/s 的最大速度。其實它還能跑的更快,但出於安全原因,研究人員限制了速度。
機器人還可以輕鬆地在草地上行駛,甚至在大小與其半徑相似的石頭上行駛,其整體結構被設計為兩側對稱,可以相對於其中心體對稱移動,可以在 0 到 45 度的範圍內變化,這就是為什麼機器人能夠在遇到障礙物時“低頭”透過。
除了地面實驗外,當其伸展角度減小到零時,機器人可以像普通四軸飛行器無人機一樣飛行,總起飛重量為 1.3 kg,在飛航模式下,飛行控制器使機器人保持穩定,並使用其加速度計和陀螺儀感測器在閉環中糾正命令。
▍靈活低功耗,應用前景廣泛
在能爬牆的機器人中,有些機器人使用了具有粘性的機器人腳,這需要考慮摩擦力以及如何快速讓腳離開牆壁,限制了機器人的速度;也有些機器人使用螺旋槳增加對牆壁的支撐,但它們往往尺寸較大,限制了在狹窄空間內行駛的能力。
FCSTAR機器人小巧,靈活,可以越過大型障礙物,也可以爬上間隔很近的牆壁,在高速行駛中它消耗的能量也很少,其靈活性和低功耗可以實現多種應用,例如農業、搜救以及挖掘。