此事例介绍了PAL Robotics研制的REEM-C全尺度双足人型机器人 — 一款可在很多运用领域一展身手的通用型机器人。REEM-C可为包含帆海、机器视觉、人-机器人交互、人工智能、抓握、行走和语音辨认等的一系列运用供给全定制化根底的研制渠道。

布景

幻想一下:机器人同伴辅佐每个人完结作业,在机场协助旅客转移行李,甚至为老年人供给全方位的日子照顾。这便是坐落西班牙巴塞罗那的PAL Robotics SL公司期望发明的未来日子。这家创新式公司坐落在巴塞罗那老城区的中心方位,间隔世界闻名的兰布拉大路步行街仅数步之遥。 PAL Robotics是机器人职业的领先者,在他们繁忙熙攘的作业区内,机器人的规划、编程和拼装作业正在有条有理地进行,工程师三三两两聚在一起,讨论着怎么不断改进机器人的功用。

应战

PAL Robotics首席技能官Luca Marchionni(左图)指出,最大的应战之一是坚持机器人行走时的平衡,而这一点关于人类而言似乎是天经地义的工作。

机器人的行走触及双足与周围环境的触摸,以及多种自由度下身体各个部分的并发合作运动。双足机器人的操控体系有必要处理两个阶段之间的转化,即双足支撑(双足一起着地),及单足支撑(单足着地)。

由于机器人运动力学的非线性特色,因而很难经过单纯的程序规律来完结行走操控,并且一般也无法经过实时状况剖析办法完结操控,由于其间的试错进程过于杂乱。相反,业界遍及选用一种称为“轨道优化”的数值办法,即预先规定机器人的“抱负行走途径”,然后运用此数值办法核算最为挨近此途径的最佳近似值;其间所谓“最佳”的标原则经过一个特定的价值函数来确认,此函数可统筹机器人的抱负行走途径和物理约束这两个条件。

人型机器人的关节规划有着严厉的空间和分量约束,意图是尽可能减小机器人的体积和惯性。PAL Robotics制作的大部分机器人都与真人巨细相似,并具有多达40种的运动自由度。

解决方案

PAL Robotics制作的REEM-C和其他人型机器人均具有彻底铰接式关节,可以依据使命要求完结一系列杂乱的运动。要对各关节的扭矩、速度和方位进行伺服操控,需求用到高质量的编码器反应数据。

在对PAL Robotics的各种事务需求和产品做了深化了解之后,雷尼绍供给了编码器选型主张。PAL Robotics终究选用了由雷尼绍的相关公司RLS出产的非触摸式磁编码器,包含集成到膝部(左图)、腕部和肘部的AksIM™和Orbis™旋转编码器,以及元件级增量式RoLin™编码器。

为完结平衡操控,机器人的每只足底均装有一套反应力丈量体系,该体系可核算出零力矩点 (ZMP) — 用于评价REEM-C人型机器人安稳性的方针。测得的ZMP随后被传输到“含糊逻辑”PD操控器,用以追寻所需的ZMP,然后完结运动平衡并避免倾翻。PD操控器的方针是调整机器人的质心 (CoM) 方位,以便将ZMP坚持在支撑区域内(即足底与地上的触摸面内)。要成功完结双足动态行走,需求准确操控机器人腿部关节的视点(包含方位、速度和加速度等运动参数),这一切都离不开旋转编码器的准确反应。

成果

平衡操控关于保证双足机器人安稳运动而言至关重要,凭借编码器输出的数据,机器人的“大脑”可核算出当时的身体姿势,并不断向每个关节发出新指令(包含方位、速度和加速度等),用以坚持运动平衡。

RLS磁编码器为PAL Robotics供给了灵敏的方位反应解决方案,可以满意在空间和功能方面的苛刻要求。精心挑选的RLS编码器功用强大,可令规划师纵情发挥构思与才干。经过调理作用于每个关节上的瞬时扭矩来保证机器人的四肢一直处于正确方位,以此完结平衡操控和安稳行走。高精度编码器可保证最大极限地削减操控信号差错,操控器因而可以快速调理机器人的身体方位,然后使ZMP一直坚持在机器人的足部支撑区域内。

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