驾驶这辆 SUV 大小的昆虫机器人

驾驶这辆 SUV 大小的昆虫机器人

2007 年,马特·登顿 (Matt Denton) 停在位于英格兰汉普郡的家附近的路边,观看挖掘机挖掘。这些机器从小就让他着迷,但在为好莱坞动画人物设计控制系统多年后,登顿以更富想象力的眼光看待了铲尖的吊杆。“它实际上是一条腿的形状,”他说。“所以我开始想:能否买六台挖掘机并将它们安装在底盘上?”四年后,登顿可以坐在一台两吨重、九英尺高的机器步行机上笨拙地行走,他称其为螳螂。

丹顿曾参与设计哈利波特电影中的鹰头马身有翼兽(一种鹰头飞马),他还为电影和娱乐制作过行走六足机器人,但它们的大小不比无线电遥控玩具车大。他希望螳螂机器人有 SUV 大小。由于无法独自承担该项目,他绘制了设计草图,使用玩具挖掘机臂构建了比例模型,并用实物向投资者求助。但没有人买单。几个月后,一位朋友的富有父亲听说了丹顿不切实际的计划,受他愿景的启发,同意为其提供资金。

丹顿请他的朋友、机械工程师乔希·李 (Josh Lee) 帮他制造螳螂。两人花了几周时间研究液压执行器——用于移动机器人腿部的人造肌肉。与此同时,丹顿根据为玩具大小的模型编写的代码,改编了驱动巨型六足机器人的软件。然后,他和李制定了机器人中央底盘和六条腿的计划,制造并测试了一个附肢,并与一家制造公司签约制造其余部分。然而,当铝钢腿运到丹顿的车间时,他发现一些需要将零件螺栓连接在一起的孔缺失了,其他孔加工得也很糟糕。丹顿迫不及待地花了一周时间自己修复这些缺陷。“我们必须让它发挥作用,”他说。

尽管到 2011 年,丹顿已经制造出了一个可以工作的原型机,但螳螂重量过大,移动速度太慢。为了减轻 400 磅的重量,丹顿移除了每条腿上的四个关节中的一个。关节使螳螂能够在不同地形上更好地移动,但即使没有关节,螳螂也能很好地移动。丹顿还简化了底盘,底盘内装有液压系统、柴油发动机、电子设备和飞行员座椅。

当驾驶机会来临时,丹顿却不愿爬进去。“我太害怕了,”他说。为了缓解恐惧,他在六个月内进行了 100 小时的 Wi-Fi 测试。第一次驾驶时,他感到很害怕,但螳螂车的表现与预期一致,他慢慢地对驾驶舱感到舒适。现在,丹顿在节日上展示他的发明。一些人批评它的速度太慢——螳螂车每小时还没有开出两英里——丹顿不确定它在电影、建筑或其他领域是否有未来。但青少年观众一眼就能看出来。“孩子们喜欢它,”他说。“他们想坐进去,用激光照射它。”

工作原理

A. 控制措施
飞行员从触摸屏控制面板上选择几种步态模式之一。一种专为崎岖地形设计的模式指示机器人抬起每条腿,然后向前摆动。操纵操纵杆可以控制机器向前、向后或向侧面螃蟹行走。转动操纵杆可迫使螳螂原地转弯。

B. 传感
一旦脚接触地面,力传感器就会向机载计算机发出警报。只有这样,行走序列中的下一条腿才能向前摆动。脚踝处的球窝关节使脚能够旋转并固定在不平坦的地面上;但是,如果脚碰到了突出物,另一个传感器就会告诉计算机寻找更安全的位置。丹顿希望在每条腿上安装超声波传感器,这样机器人就可以在走下地面之前扫描地面。

C. 安全性
丹顿说,如果出现紧急情况,“我们有两个大红色按钮。”一个位于驾驶舱内飞行员的旁边,另一个位于机器的后部(丹顿的一位朋友与螳螂步调一致,确保没有动物或旁观者跌倒在它的脚下)。这两个按钮都会切断电源,使机器人静止不动。

另外两个可驾驶机器人

艺术家 Scott Parenteau 设计了他的测地线步行舱,用于在内华达州黑岩沙漠举行的为期一周的年度火人节上提供住所和交通。这个重达 1,800 磅的圆顶由两组六条由电池供电的支腿支撑。Parenteau 希望他的“房车艺术”能够启发新的移动房屋设计,甚至可能启发火星上的游牧殖民地。

高中时,坂本创对动漫《机动战士高达》中的人形机器人十分痴迷,他组装了这些机器的玩具模型。如今,这位 46 岁的机器人专家想要制造一个全尺寸、59 英尺高的机器人。目前,他已经制造了一对高 11.5 英尺的腿。坂本希望在今年晚些时候加上躯干,爬进这个 13 英尺高的步行机,然后骑着它四处走动。

警告:我们会在发布所有项目之前对其进行审查,但最终您的安全由您自己负责。请务必穿戴防护装备,采取适当的安全预防措施,并遵守所有法律法规。

Lillian Steenblik Hwang 和 Sarah Jacoby 也对本报告做出了贡献

本文原载于《大众科学》杂志2013年9月号

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