02.11 大狗,最适应崎岖地形的机器人!美军弃用,中国却方兴未艾

大狗,最适应崎岖地形的机器人!美军弃用,中国却方兴未艾


大狗机器人(Bigdog),因形似机械狗被命名为“大狗”。

由波士顿动力学工程公司,专为美国军队研究设计

与以往各种机器人不同,“大狗”并不依靠轮子行进,而是通过其身下的四条“铁腿”。美军将阿富汗作为测试这种具有高机动能力的四足仿生机器人的试验场,开始试验这款机器人与士兵协同作战的性能。


大狗,最适应崎岖地形的机器人!美军弃用,中国却方兴未艾


可以爬山涉水,还可以承载较重负荷的货物,可能比人类都跑得快

“大狗”机器人的内部安装有一台计算机,可根据环境的变化调整行进姿态。“大狗”既可以自行沿着预先设定的简单路线行进,也可以进行远程控制。

大狗机器人,被称为“当前世界上最先进适应崎岖地形的机器人”

未来,这种机器人,会像科幻电影《终结者》中“T-800终结者”能够对人类执行残酷无情的杀戮任务吗?

一、详解美国大狗机器人构造和其中的传感器技术运用

智能无人系统,种类多样、类型丰富。

主要包括空中飞行的无人机、飞艇,地面上作业的机器人、自主地面车辆,水中的无人潜航器、水下机器人等三大类,还有空间站机器人、微型卫星、工业机械臂等众多旁支。

美国研究人员开发的“大狗”(BigDog)机器人便是其中一例

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战场上的“大狗”机器人,资料图

大狗”机器人体重和大型犬相当,在交通不便的地区能够为士兵运送弹药、食物和其他物品,能够行走和奔跑,还可跨越一定高度的障碍物。



大狗机器人身上的传感器类型


据了解,“大狗”机器人总共安装有约50个传感器,用于监测车身的姿态与加速、关节的运动和力度、发动机的转速和内部机械装置的温度和液压。


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大狗机器人约装有50个传感器,资料图


“大狗”机器人头部立体摄像系统,可提供精确的三维地形图。


姿态传感器,能提供当前的姿态和加速度。

压力、位置传感器,则可反馈关节当前的运动状态和余量。

温度、压力传感器,还可以监测系统的健康状态。

这样一来,多种传感器收集到的信息全部传递回“大脑”后,通过信息融合算法,经过类似人脑的处理过程,“大狗”便可以作出正确的指挥。



“大狗”机器人最大的特点 ---能够展示以多种运动方式与速度运动。


“大狗”机器人通过控制它的四条腿,能够站起来,蹲下去,爬行,小跑,甚至快速跳跃前进。

这一连串的动作,离不开它身体和腿部的智能化构造与感知系统。


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钢架结构的“大狗”机器人,资料图


体内,装有汽油发动机提供全身动力


具体来说,“大狗”的身体是一种钢架结构,内装有圆筒形汽油发动机,来为“大狗”的水压系统、电脑和惯性测算单元(IMU)提供动力。


其中,惯性测算单元是机器狗的重要组成部分,它使用光纤激光陀螺仪和一组加速器跟踪机器狗的运动和位置。这些装置与四条腿一起发挥作用,就可以使它迈出准确的步伐。



为与人类行走的速度一致,它还采用了一种动态平衡小跑步态


即利用横向速度与加速度来保持平衡。通过一些惯性传感器与控制系统精确控制分配给各条腿的运动力量和地面反应力量,来优化它的负重能力。


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大狗关节装有传感器,负责测量力量和位置,探测地势变化。资料图


腿部关节,利用传感器探测地势变化


谈到大狗的腿部,它的腿由铝制成,每条腿有三个靠传动装置提供动力的关节,并有一个“弹性”关节,利用水压刺激器,电脑每秒可以重新将关节配置500次。


关节上装有传感器,负责测量力量和位置,探测地势变化,电脑参照这些数据,结合从惯性测算单元获得的信息,确定四条腿应该是抬起还是放下,向右走还是向左走。

通过调整关节的水压液体的流动,电脑可操控每只爪子准确地调整步伐


例如,如果有一条腿比预期更早地碰到了地面,计算机就会认为它可能踩到了岩石或是山坡,然后“大狗”机器人就会相应地调节自己的步伐。


遭到外界“骚扰”,例如踹它一脚,“大狗”的主动平衡性使其可以保持稳定

二、“大狗”机器人“太吵”,美军无法用在战斗中


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“大狗”机器人

据报道,有些人称为“大狗”的“步兵班组支援系统”,能够负载400磅(约181.4公斤)装备翻山越岭,还能解读语言和视觉命令。

据台湾媒体报道,美国军方表示,暂时不打算部署1个与谷歌 (Google)联合开发的机器狗,原因是机器狗“太吵”


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“大狗”机器人的结构图

但报道称,美国陆战队现在认为,“大狗”的汽油引擎声音过大,无法用在战斗中。

根据陆战队作战实验室(Marine CorpsWarfighting Laboratory)发言人欧尔森(Kyle Olson)所言,2014年一场大型现场试验让机器狗的缺点原形毕露。


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“大狗”机器人的汽油引擎

“大狗”LS3,由谷歌2013年买下的机器人设计公司“波士顿动力”研发,是与五角大楼研究部门国防先进研究计划署(DARPA)合作的产物之一。

这个机器狗,据称会发出类似割草机的噪音,这在战况中不可行,且维修也很困难。

“波士顿动力”为此做出修正,打造出相对安静、以电力驱动的机器狗Spot

然而,尽管2015年9月测试成功,陆战队还是决定不带它上场,因为Spot身材娇小只能负载40磅(约18公斤),所以未来可以用在侦查中,不过它缺乏机器大狗的自主导航能力,需要士兵手动操控。

虽然大狗机器人,没有被美军看中,但波士顿动力在此基础上发展的新一代人形机器人Atlas,显示了超乎想象的高度拟人化运动能力

Atlas不但可以完全独立的直立行走,还能步行穿越崎岖地面。Atlas已经成功演示了在湿滑松软的雪地上行走。

更神奇的是,Atlas可以完成双手搬运、摆放各种货品的复杂操作,这显示了该机器人在仓储、医护等场合中的应用前景。

Atlas甚至能在摔倒后,自己重新站立起来。这是人形机器人技术的又一重要突破。


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Atlas机器人的平衡传感器、光学雷达、双目视觉传感器,都与大狗机器人的研制有着直接关系。

三、因技术过于超前,世界步行机器人发展进入瓶颈期

必须承认,这一技术确实有过于超前、实用性有限的问题。

波士顿动力的大狗机器人,一度进入美军进行测试,但最终未能说服美军采用。美海军陆战队,在夏威夷基地组织了多种无人车辆、步行机器人的实战评估。这些车辆、机器人主要模拟了日常运输等任务。

下图,是中国最大的地面武器研制生产企业 --- 中国北方工业公司的相关机器人。

测试人员骑在机器人上前行,说明该机器人能够承受至少约80公斤的载荷


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中国北方工业公司,最初公布这一机器人时,使用了迷彩布进行覆盖,也许是为了避免相关技术机密外泄。据称美国波士顿动力公司大狗团队的科研人员曾经参与中国相关的学术交流活动。


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在美国方面,大狗机器人的研制工作并未停息。虽然美军认为LS3尚不适合立即装备服役,完成测试后未做出采购决定,但仍通过若干渠道继续支持波士顿动力对大狗机器人进行进一步改造升级。

大狗,最适应崎岖地形的机器人!美军弃用,中国却方兴未艾


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大狗,最适应崎岖地形的机器人!美军弃用,中国却方兴未艾


中国最新研制的四足步行机器人“奔跑号”近日参加了解放军陆军装备部“跨越险阻2016”地面无人系统挑战赛并获得冠军。现在看来,我国无人平台的综合实力已经看齐国际最先进水平,在部分指标上超越美国波士顿动力公司的“大狗”四足机器人。

这一名为“奔跑号”山地四足仿生移动平台的中国国产机器人,参加了解放军陆军装备部“跨越险阻2016”地面无人系统挑战赛。


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“奔跑号”一举夺得50米速度、综合越野桂冠。

“奔跑号”的“跨越险阻2016”赛果令人振奋,我国无人平台的综合实力已经看齐国际最先进水平,在部分指标上,超越美国波士顿动力公司的“大狗”四足机器人。


不难预见,中国科研单位也将在“奔跑号”机器人的基础上,发展出更多、更强大、更多用途的机器人型号,甚至为我军研制出勇往直前的战斗机器人!


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