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[隱藏]
機器之心報道

編輯:陳萍、杜偉

當無人機「長了爪子」……

多年來,無人機技術已經得到迅速發展,可以在天空中自由飛行,但是,無人機雖然能夠像鳥類一樣飛行,著陸時卻沒有鳥類穩定的著陸能力。


經過數百萬年的進化,鳥類的起飛和著陸看起來如此簡單,但是讓無人機模仿鳥類的著陸方式並不容易,這涉及各種平衡問題。鳥類爪子像雪花一樣,沒有兩個分支是一樣的,它們的大小、形狀和紋理各不相同,幾乎可以棲息在任何一個物體上,例如樹枝和岩石等。

近日,來自斯坦福大學的工程師 Mark Cutkosky 以及來自荷蘭格羅寧根大學的 David Lentink 受鳥類啟發,研發出一款名為 SNAG 的機械爪,SNAG 可以在複雜的表面起飛和著陸,還能捕捉空中的物體。此外,SNAG 的棲息能力,能夠使其在更長的時間內進行科學研究。

目前,這一研究登上《Science》子刊《Science Robotics》封面。


論文地址:https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj7562

SNAG 能夠像鳥類一樣緊緊的抓住物體降落:


無論在什麼表面上,SNAG 都能穩穩的降落,看起來就像真的鳥類一樣:


起飛:


還能夠自己調節平衡:


能棲息、能抓取

安了爪的無人機有了鳥類的能力

在之前對短尾鸚鵡(parrotlet,第二小的鸚鵡物種)的研究中,研究人員發現這些小型鳥類在特殊棲息地之間飛來飛去,同時使用五臺高速攝像機記錄下來。特殊棲息地裡有各種材料,包括木材、泡沫、砂紙和特氟龍和感測器,用於捕捉與鳥類著陸、棲息和起飛相關的物理作用力。

論文一作 Will Roderick 表示:「讓我們感到驚訝的是,無論短尾鸚鵡降落在什麼表面,它們都會做相同的空中機動。它們令自己的腳來處理表面紋理本身的可變性和複雜性。」


像鸚鵡一樣,SNAG 機器爪也以相同的方式著陸。不過,考慮到四軸飛行器的尺寸和重量,SNAG 基於遊隼(peregrine falcon)的腿。SNAG 機體採用 3D 列印結構(需要 20 次迭代才能完善),用使用馬達和釣魚線替代肌肉和肌腱。


下圖為 SNAG 結構,它包含兩條受鳥類啟發的機械腿和末端執行器,使得無人機能夠在複雜的表面起飛和著陸,並可以捕捉空中的物體。


每條腿都分別有用於來回移動和處理抓握的馬達。受鳥類腳踝處肌腱走向的啟發,SNAG 機械腿採用的類似機制吸收著陸衝擊能力並轉換為抓握力。因此,SNAG 擁有一個異常強大和高速的離合器,可以在 20 毫秒內觸發關閉。一旦機械爪纏繞在樹枝上,腳踝處就會鎖定,同時右腿上的加速器會報告機器人已經著陸並觸發平衡演算法來保持穩定。下圖為受鳥類啟發的抓握設計機制:


以及用於著陸的抓握引數充分(parameter sufficiency)區域:


為了測試 SNAG 的抓握效能,Roderick 將包括 3D 印表機在內的裝置從斯坦福大學的 Lentink 實驗室搬到了俄勒岡州的農村,並在那裡建了一個地下試驗室進行受控測試。

實驗期間,他沿著鐵路系統(rail system)發射 SNAG,並以預定義的速度和方向將機器人發射到不同的表面,以觀察在不同場景中的表現。同時將 SNAG 固定,Roderick 確認了它有能力抓住用手丟擲的物體,如一個豆袋、網球等。


下圖是 SNAG 使用預備、抓取和釋放物體的全過程:


最後,為了驗證 SNAG 在真實環境中的穩健性,研究人員在森林中測試了 SNAG 在樹枝上著陸和起飛的能力。


總的來說,SNAG 表現非常出色。安裝了 SNAG 的機器人有很多可能的應用,包括搜救和野火監測,也可以附加到無人機以外的技術上。

未來,研究人員可專注於機器人著陸前的一些研究,比如提升它們的態勢感知和飛行控制等。

英文原文:https://news.stanford.edu/2021/12/01/bird-like-robot-perches-grasps/

文中動圖擷取自:https://www.youtube.com/watch?v=JEKttzocgwU



原文連結:https://inewsdb.com/數碼/像鳥一樣樹上棲息、空中抓物,斯坦福給無人機安

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