首页 > 解决方案 > 机器人 > Byrun:能走、能 Byrun:能走、能跑、能跳的人形机器人

Byrun:能走、能跑、能跳的人形机器人
                                                       ——基于MapleSim开发Byrun机器人的运动学算法,提供最先进的求解器处理复杂方程


    科幻电影中,机器人可以行走、交谈甚至伪装成人类,可惜现实生活中的机器人还达不到这个程度。好消息是,这种差距正在逐渐缩小。英国Engineered Arts机器人厂商,正在将虚拟中机器人带到现实中来。
    Engineered Arts公司的旗舰产品RoboThespian,是一名能说会唱的机器人演员。作为一款结合了生物学灵感设计的真人大小机器人,RoboThespian被用于各种研究、教育中心,用以启发、学习、研究新型机器人的开发。遍布于20多个国家的研究机构,包括美国NASA肯尼迪空间中心,土耳其Gazientep天文馆,澳洲国家科学技术中心,以及全球大量的院校它们每天都在使用RoboThespian。

 
    然而Maplesoft公司的技术早已用于RoboThespian机器人的设计和建模点击查看详情)通过使用系统级建模仿真平台MapleSim,来设计生物类人机器人的腿部,研究它的静态和动态稳定性,并确定所设计机械腿的控制策略。然而,RoboThespian大多数情况下都是静态的(表演与交谈),它的腿部虽然具有动力,但只能蹲在原地,无法离开固定位置。

                                                                                                                                                                                            点击查看RoboThespian机器人的视频 

    进入到Byrun时代,Engineered Arts公司的最新力作。Byrun的设计者和工程师运用MapleSim来开发新的生物学类人机械腿,它使得Byrun可以行走、奔跑、跳跃。Byrun是一款新型的彻底的动态人形机器人,它意味着社会机器人的发展进入了下个时代。
                                                                                                                                                                                                                                                                              点击可下载Byrun机器人的设计概念
    综合了一个更快更强更灵活的上半身、一个有限阵列的虚拟脸孔、以及和它的前辈RoboThespian一样的说话唱歌的功能后,Byrun具有革命性的人机交互的潜力。


    据Engineered Arts的工程师Guillaume Hirohide Sasagawa说,“我们希望在Byrun的机械设计中融入更多的类人动力学因素。通过在硬件层面使用仿人类学的方法,使得它能奔跑、跳跃,而不是僵硬的、机械式的动作。”MapleSim用于协助Byrun的设计,使得工程师可以模拟复杂的、非线性的、可兼容的零部件,例如气动肌肉和并联弹簧等,这些都有利于提高机器人的安全性能、减少震动、能量效率、以及实现更像人类的动作曲线。
    Engineered Arts专门提供非常规的机械驱动的解决方案,以更好地适应软件程序。电机驱动快速且精确,但效率低下、运动刚性。而另一方面,气动驱动动力强劲、能量效率高,但却难以控制。通常而言,机器人的每个单一关节只使用一个驱动器——而Byrun使用并联的电-气驱动设计,在单一关节上使用多个驱动器。这种方式吸收了各种驱动器的优点,并弥补了各自的缺点。反过来说,某些驱动器会产生多轴耦合的运动,例如人类肩膀的有机设计。这使得它运动得更自然,但可能会很难控制。在这里,Maplesoft再一次成为了救星,它提供全球最先进的求解器,来处理开发Byrun的运动学控制算法时所遇到的复杂多变量控制方程。



    通过在MapleSim中创建每个阶段的虚拟原型,Byrun的工程师们可以审查机械解决方案的可行性,而不需要费力地创建一系列的样机。“MapleSim帮助我们在快速的虚拟环境中创建参数化的设计,” Guillaume 解释说,“我们不再需要在每个设计周期都重建机器人模型,这显著地节约了我们的时间和成本,还让我们能探索更激进的方案。同样的,复杂的动力学方程可以很容易地通过Maple进行化简——这款强大的工具极大地减少了项目所需的资源。”Byrun的硬件要求建立机械、电气、热学和气动元素的综合模型,而有了MapleSim仿真建模工具的帮助,零部件的指标、要求在很大程度上可以提前预知。
    Engineered Arts 团队还发现MapleSim简化复杂计算的能力十分令人满意。“MapleSim自动生成复杂数学模型的功能,例如在机械腿动力学等方面,是十分卓越的。它可以在不同的阶段改变不同的参数来降低计算的复杂程度。”Guillaume说,“Byrun项目中,我们能够显著地简化机械腿的动力学方程,极大地加快计算。这特别有利于并实际影响着我们项目的时间表和交付。”
    为了设计Byrun的电-气混合机械腿和上半身、实现真正的行走、奔跑,Engineered Arts工程师还开发了一个相同原理的、紧凑高效的柔性机械手。他们使用电-气并联驱动器,采用非常规的人形机械人运动学特性来设计机械手肘关节,并在MapleSim中构建了完整的“躯干-肩膀-手臂”模型。该模型将用于求解其正向运动学、逆向运动学、以及末端执行器的动力学特性和柔度。


                                                                                                                                                                                                                                                            点击查看Byrun人形机器人的开发过程
    类似Byrun这样的机器人,正在确立人形机器人和其他通用机器人设计的标准。
  “为了物有所值,这些机器人必须展现一些人们从未见过的。如果它能具有动作演员10%的身手、舞蹈演员10%的舞步、以及话剧演员10%的神态,那就可以说我们成功了,”Engineered Arts公司的董事William Jackson告诉媒体。“实现这些目标是一项令人生畏的任务,我们创造的不仅是一台令人振奋的硬件机器,还是一个可供他人一起建设的开发平台。当Byrun迈出它的下一步时,我们也将迈出下一步。”而MapleSoft工程解决方案将会继续深入、支持此次机器人工程革命的每一步中。
                                                                                                                                                                                                                                                             点击查看更多MapleSim机器人模型