球足機器人單靠一個球就能行動自如,這新版本 SIMbot 更是把機械傳動給淘汰了!

人類能保持身體的平衡,是因為大腦會把內耳前庭感官提供的信息同來自其他感官的信息(例如視覺信息)彙集並加以整合,發出指令來控制腿部和腳部的肌肉,使人保持直立平衡。而傳統的機器人沒有人類大腦這般精密的器官,大多都是靠固定在寬大的輪式底座上來保持平衡,但這樣一來,反而限制了機器人在複雜環境中的自由移動。

卡耐基梅隆大學機器人研究所的教授 Ralph Hollis 卻將機器人身上的零件儘可能抹掉,研發出了一款 Ballbot 球形機器人。可是這隻「瘦高」機器人站在一隻球輪上,行走時究竟是如何保持平衡而不至於摔倒呢?

  • 圖為 Ballbot 球形機器人

這當中的奧秘其實跟人類有異曲同工之妙,球蟲機器人在設定好要完成的目標之後,內部的感測器會隨時測定自己身體與這條垂線(即垂直指向地心的線)的偏離程度,了解重力的動向,驅動裝置則驅動腳下的球輪往相應的方向移動。

經過這十多年的改造升級之後,Hollis 與日本東北學院大學的工程學教授 Masaaki Kumagai 聯手打造了基於球形感應電動機(SIM)的 SIMbot 機器人,它淘汰了前一代 Ballbot 的機械傳動系統,只需要靠電子設備和軟體運動,更重要的是,還減少了機械的保養和維修的頻率。

感應電動機中固態電機採用鍍銅的空心鐵球,球旁邊的 6 層疊鋼板定子誘導電流在球上移動,這些定子產生的磁波,能讓機器人按照磁波的方向行走,也讓 SIMbot 具備了全方位運動的能力,而不是僅僅向前或是向後移動。

經過測試,SIMbot 每秒移動速度可以達到 1.9 米,同人類快步行走速度相同,未來很適合與人類協同工作。

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