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Big Dog四足越野机器人
Big Dog四足越野机器人
摘要
Big Dog四足越野机器人像生物一样，具有自主决策能力、能快速行走及捕获流动物体，这种机器人能像传统车辆机器人一样在陡峭，岩石，车辙，湿地，泥泞与雪地里行走。本文就是以波士顿动力学工程公司设计的这种新的越野机器人Big Dog为对象，从这个机器人的感知、移动、通信、驱动等系统方面出发，简单介绍相应的实现机理与控制的方案。
一、Big Dog越野机器人总体结够
Big Dog机器人系统自身有动力系统，驱动系统，传感器系统，控制系统和通信系统这五个子系统。其组成结构示意图如下：
图一 Big Dog机器人系统总体结构
二、Big Dog越野机器人各系统结构
通过相关资料的查阅，下面对Big Dog越野机器人组成的各部分系统进行简单介绍。 1、动力系统
Big Dog越野机器人的动力源是由一个约15马力的水冷二冲程内燃机提供的 。内燃机驱动一个液压泵，提供高压液压油，通过过滤器、歧管、蓄电池等其他管道到达机器人的脚驱动器。
2、驱动系统
它的执行器是通过两个阶段调节航空伺服阀来调节低摩擦液压缸工作的。每个执行器都有位置传感器和力传感器。每条腿有四个连接了动力的执行器，故有5个自由度。同时，Big Dog身上安装有一个热交换器冷却液压油和一个散热器冷却发动机以维持其连续运行。
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Big Dog四足越野机器人
3、传感器系统
整个Big Dog全身大约有50个传感器。其中惯性传感器测量身体的姿态和加速度，联合传感器测量关节处的运动和力。自带电脑集成来自这些传感器的信息，为整个机器人系统在空间移动提供信息估算。其他传感器检测大狗的动态平衡：水压，流量，水温，引擎速度和温度等等。
4、控制系统
Big Dog机器人系统以人步行一样的速度移动，采用动态平衡的小跑移动的方法。它通过感觉脚的位置与受力情况来决定自身的横向速度与加速度。整个控制系统通过运动学原理与地面的反作用力，制定出基本的响应指令，并合理地分配各腿之间的载荷以优化其承载能力。尽量平均分配垂直负载到四条腿上，个别腿蹬地使臀部得到一个反作用力，以减少关节力矩与执行器的作用。
此外，Big Dog机器人控制系统以下面两个方法适应地形。通过调整它的身体高度与姿态来适应当地地形，同时也可以通过踏步来调整自身身体的方向和相对地面的重力。在爬坡时控制系统使姿态呈现四足向前倾斜，下坡时身体向后倾斜和在等高线上时侧身行走的状态。并且机器人在轻微的到中度的倾斜时，控制系统可以轻微的调整身体姿势，而当倾斜度大于45度的陡峭时，可以调整步态模式，使用较小的步距行走。这样十分有利于Big Dog行走能力的提高。
5、通信系统
Big Dog机器人身上集成了立体视觉系统和激光雷达。立体视觉系统包括一对立体相机，一台电脑和相关的视觉软件。立体视觉系统可以收集到机器人前方的三维地形状况，并找到一条最适合的前进途径。同时激光雷达可以使Big Dog机器人能接受人的引导，而不需要操控人员不断发出操控指令。
此外，其实Big Dog机器人系统是通过IP无线通信操控控制单元(OCU)来进行通信的。操控员使用控制单元(OCU)来为机器人提供高层次的沿途导向与速度控制。操控员还可以命令机器人开始或者停止它的引擎，站起来，蹲下，小跑或慢跑 。一个视觉显示器可以为操控员提供机器人运行情况及工程数据。操控员只有提供了高层次的输入，才能让Big Dog系统很好地控制它的执行器，进而在崎岖的地带提供稳定和对外部干扰做出反应。
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本文来源：https://www.dy1993.cn/68aK.html
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2023-01-12
