套上這個(gè)殼，手機(jī)自己“跑步”去充電

賈浩楠 2020-08-13 13:03:41 來(lái)源：量子位

賈浩楠 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

周末好不容易休息，癱在床上的你連給手機(jī)充電都懶得動(dòng)……

可以滿足你！首爾國(guó)立大學(xué)生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出了“進(jìn)擊的手機(jī)殼”CaseCrawler，帶有6個(gè)機(jī)械腿，可以“一路小跑”到無(wú)線充電設(shè)施旁邊，充電完成后再跑回你的身邊。

手機(jī)殼底下帶有6個(gè)“小短腿”，跑起來(lái)的擺動(dòng)頻率很高：

這個(gè)小東西“腿長(zhǎng)”1.6cm，可以輕松爬上和自己的腿一樣高的障礙物：

整個(gè)小機(jī)器人沒(méi)有裝到手機(jī)殼上時(shí)自重約23克，在負(fù)重300克（自重的13倍）的情況下，還能以每秒21cm的速度前進(jìn)：

不光能能自己跑去充電，回來(lái)時(shí)還能順手幫你捎咖啡餅干，真的是省心又貼心的生活小助手。

所以說(shuō)，人類的懶惰才是科技學(xué)技術(shù)進(jìn)步的第一驅(qū)動(dòng)力。

這句話一點(diǎn)沒(méi)錯(cuò)。

進(jìn)擊的手機(jī)殼

帶有機(jī)械腿能夠自行前進(jìn)的微型機(jī)器人其實(shí)并不罕見(jiàn)，很多團(tuán)隊(duì)都開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)產(chǎn)品。但這些機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，無(wú)法整合進(jìn)一個(gè)手機(jī)殼中。

CaseCrawler的技術(shù)最大的亮點(diǎn)在于它的機(jī)械腿，在靜止時(shí)可以伸展放平，從變速箱向腿部傳送動(dòng)力的齒輪組厚度只有1.5毫米，但輕薄的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻相當(dāng)結(jié)實(shí)。

機(jī)械腿工作原理跟人類的腿差不多，有一個(gè)膝關(guān)節(jié)單向向前彎曲，一組多連桿（通過(guò)變速箱齒輪箱連接到電機(jī)上）將腿部推向地面。

關(guān)鍵設(shè)計(jì)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和可伸展收縮的腿部關(guān)節(jié)與各向異性的著地腿，組成的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)鏈。

連接在腿部關(guān)節(jié)上的各向異性腿只在前行（向下用力）時(shí)向地面?zhèn)髁?；在上行時(shí)膝關(guān)節(jié)被動(dòng)彎曲，避免向后發(fā)力。

運(yùn)動(dòng)鏈的一部分為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的扭矩傳遞給其余部分。因此，在重復(fù)伸長(zhǎng)和縮回的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了其余部分的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

此外，設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)鏈在一個(gè)整體平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)最大限度地減少關(guān)節(jié)的橫向變形，實(shí)現(xiàn)了高效載荷能力。

機(jī)器人包含兩臺(tái)電機(jī)（MK07-1.7，DIDEL）；每臺(tái)電機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人兩側(cè)的支腿，兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。

三個(gè)3:1的小齒輪串聯(lián)放置，使高度降到最低，因此齒輪比為27:1。機(jī)身采用SCM工藝，盡量降低高度，并在上面鋪設(shè)安裝運(yùn)動(dòng)鏈的溝槽。

運(yùn)動(dòng)鏈由曲柄滑塊和支腿鏈組成，用于將電機(jī)的扭矩傳遞給各向異性的支腿。曲柄滑塊和可展開(kāi)的腳鏈由PET(0.25T)和織物組成的單層板制造。

滑塊堆疊在兩個(gè)平行的平面之間，作為滑塊的線性導(dǎo)軌；這些導(dǎo)軌產(chǎn)生平滑運(yùn)動(dòng)。因此，在完全縮回的狀態(tài)下，形成一個(gè)厚度為1.5毫米的平板體(不含齒輪箱)。

鏈節(jié)的設(shè)計(jì)滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，要求關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍(ROM)為0到90度。最小角度設(shè)置為0度，保持在初始狀態(tài)下的緊湊；最大角度設(shè)置為90度，防止結(jié)構(gòu)被破壞。

曲柄滑塊和腿部鏈接是耦合的，因此，它們應(yīng)該被一起計(jì)算。由關(guān)節(jié)角的兩個(gè)遠(yuǎn)端條件，運(yùn)動(dòng)學(xué)約束可寫(xiě)成：

其中變量l1表示曲柄連桿滑塊的長(zhǎng)度。,l2是連桿長(zhǎng)度，l3是滑桿長(zhǎng)度，l4、l5是腿部鏈接裝置的高度，h是機(jī)體高度，L是輸入齒輪和關(guān)節(jié)之間的長(zhǎng)度。

目前，CaseCrawler機(jī)器人還是通過(guò)遙控器來(lái)人為操控，能做到的事情也不過(guò)是行走和負(fù)重。

但研發(fā)團(tuán)隊(duì)給出了下一步研究計(jì)劃，解釋了這個(gè)小東西的巨大潛力。

潛力巨大的小短腿

未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃把機(jī)器人與手機(jī)的各種傳感器互聯(lián)，比如攝像頭、陀螺儀等等，將機(jī)器人作為一個(gè)多功能載荷平臺(tái)，進(jìn)入十分狹小的環(huán)境中進(jìn)行拍攝和其他作業(yè)。

而將目標(biāo)識(shí)別等AI模型搭載在機(jī)器人的步態(tài)和路徑選擇算法上則可以進(jìn)一步提高CaseCrawler的實(shí)用性，真正實(shí)現(xiàn)不需要人手操作的全自動(dòng)尋路。

研究團(tuán)隊(duì)介紹

第一作者Jongeun Lee，韓國(guó)蔚山科技大學(xué)助理教授，首爾國(guó)立大學(xué)生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研究員。

指導(dǎo)老師Kyu-Jin Cho，首爾國(guó)立大學(xué)機(jī)械與航天工程副教授，軟機(jī)器人研究中心主任和生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任。他的研究興趣包括仿生機(jī)器人，軟機(jī)器人，軟性可穿戴設(shè)備，使用智能結(jié)構(gòu)的新穎機(jī)制以及康復(fù)和輔助機(jī)器人。

參考鏈接

https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/casecrawler-adds-tiny-robotic-legs-to-your-phone