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M块机器人组队出没:旋转、跳跃、不停歇

时间:2019-11-01 来源:机器人在线 阅读:512 原创


常言道,团结就是力量。


这种话在机器人身上同样适用。成群的机器人可以完成复杂的任务。


例如不久前麻省理工学院的研究人员研发的小型组装机器BILL-E机器人,它们可以自行构建小零件,也可以协同工作以创建大零件,甚至可以将小零件集成大零件。


但是,让这些成群的机器人能够相互协调地工作,还是比较困难的。


对此,麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的一个团队提出了一个令人惊讶的简单方案:自组装机器人M块立方体,它们可以相互上下攀爬,在空中跳跃并滚动地面。


该项目得到了美国国家科学基金会和亚马逊机器人公司的部?#31181;?#25345;。


一个模块化机器人立方体可与其余M块卡入到位。图片来源:Jason Dorfman / MIT CSAIL


M块上的机器人有什么“魔力”


1、可以自主通信和相互识别


在项目的第一次迭代六年之后,这些机器人现在可以在M块的每个面上使用类似条形码的系统彼此“通信?#20445;?#20174;而允许模块相互识别。现在,由16个?#26234;?#32452;成的自治团队可以完成简单的任务或行为,例如形成一条直线,跟随箭头或跟踪灯光。


每个模块化“ M块”内部都有一个飞轮,该飞轮以每?#31181;?0,000转的速度运动,并在制动飞轮时利用角动量。?#26469;?#20307;在每个边缘和每个面上都可以使两个立方体相互连接。


2、可以自主跳跃、运动


麻省理工学院教授兼CSAIL主任Daniela Rus说:“ M代表运动,磁力和魔术。”


?“运动?#20445;?#22240;为立方体可以通过跳跃而运动。


“磁力?#20445;?#22240;为这些立方体可以使用磁体连接到其他立方体,一旦连接,它们就可以一起移动并连接到组装结构。


“魔术?#20445;?#22240;为我们看不到任?#20301;?#21160;部件,表面看上去立方体似乎是由魔术驱动的。”



3、便宜、坚固、可扩展


这种自组的机器人具有便宜、坚固、可扩展的特点。


该项目相关的新论文的第一作者CSAIL博士John Romanishin说,“M块机器人可以以?#35805;?#26041;式移动。相比其他机器人系统具有复杂得多的运动机制,需要很多?#34903;瑁?#20294;是我们的系统具有更高的可扩展性,可以轻松扩展到?#35805;?#19975;个模块。”


4、应用领域广泛


尽管无法像视频游戏《?#19994;?#19990;界》中的立方体那样容易操作多维数据集,但该团队设想在检查以及最终的灾难响应中具有强大的应用程序。想象一下一座燃烧的建筑物,其中楼梯消失了。将来,您可以设想将M块简单地扔在地上,看着它们砌出临时楼梯,以爬上屋顶或下到地下室以营救受害者。


M块内部的机?#21697;?#24120;复杂,而外部的机制恰恰相反,这使得连接更?#27704;?#22266;。


除了检查和救援外,研究人员还想象将块用于游戏,制造业和医疗保健等领域。


揭秘M块机器人的进化历程


早在2013年,该团队就建立了M块机制。他们创建了六面体立方体,这些立方体使用所谓的“惯力”来移动。


?#35805;?#30340;机器人系统通常使用带?#34892;?#22411;机械臂的单元模块来解决运动,这种机械臂称为外部致动器。这些系统即使是最简单的动作也需要大量的协调,?#26434;?#19968;个跳跃或跳跃,需要编程多个命令。


麻省理工学院的研究人?#27604;?#20026;,与其使用帮助连接结构的活动臂,不如让这些M块体内部有磁力,然后将它们“抛向”结构的侧面。这样M块就能够旋转和移动。


在通信方面,通常的机器人都会尝试使用红外光或无线电波,这样使它们很快就会变得笨拙,并容易导致通信场内的混乱。


当系统使用无线电信号进行通信时,当小体积的无线电设备很多时,信号可能会相互干扰。


因此,该项目的研究员将每个M块放置在六个面上的任?#25105;?#20010;面上,这样都可以沿四个基本?#36739;?#31227;动,从而导致24个不同的移动?#36739;頡?#22914;果没?#34892;?#33218;和附属物伸出木块,它们免受损坏和避免碰撞的可能性要容易得多。


知道团队已经解决了物理障碍后,仍然面临着严峻的挑战:如?#38382;?#36825;些多维数据集进行通信并可靠地标识相邻模块的配置?


Romanishin提出了旨在帮助机器人完成简单任务或“行为”的算法,这使他们想到了类似于条形码的系统的思想,在该系统中,机器人可以感知自己所连接的其他模块的身份和面孔。


在一个实验中,团队让模块从随机结构变成一条直线,然后观察模块是否可以确定彼此连接的特定方式。如果不是,他们将不得不选择一个?#36739;?#24182;以这种方?#28966;?#21160;,直到他们最终到达该行的尽头。


从本质上讲,这些块使用相互连接的配置来指导他们选择移动的动作– 90%的M块成功进入生产线。


该团队指出,构建电子设备非常具有挑战性,特别是在试图将复杂的硬件装入如此小的封装中时。为了使M块群更广泛,团队只希望用越来越多的机器人制造更大的群,并建有强大功能的各种结构。


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