球蟲機器人SIMbot 比人還苗條， 以球為腳走四方

十多年前，Ralph Hollis打造了一款非常優雅的瘦高型機器人ballbot。它機動靈活，能穩穩當當地支撐在一個比保齡球還小的球形輪子上，并由這個球輪推動著四處行走，風頭一時無兩。

近日，卡內基梅隆大學機器人研究協會的Hollis教授以及日本東北學院大學的工程學教授 Masaaki Kumagai聯手打造了一款優雅程度不輸ballbot的最新版本，叫作SIMbot，而驅使它運動的部分只剩下了一個：球。

是的，SIMbot摒棄了前一代ballbot的機械傳動系統，極簡的機械系統讓它不易受損，所以連日常的維護都免了。全新的發動機使用一個電子控制裝置就可以驅使球體往任意方向運動，而在這個運動的過程中，SIMbot的機身主體會在球體上保持平衡。

只要你把SIMbot和機械傳動的ballbot做個對比，就知道新生代SIMbot的速度完全可以和老司機ballbot媲美——大概一秒走1.9米。“其實它們也可以健步如飛，但這樣就不見得走得夠穩了。”曾取得機器人學碩士的Hollis實驗室前成員Greg Seyfarth解釋道。

感應電動機其實并不新奇。在電動旋翼中，它們不是通過電力連接感應電流，而是磁場。唯一的引人矚目的地方是，旋翼是球狀的，而且它在三條軸線結合的情況下可以往任意方向移動，簡直擁有全方位能力——是的，Hollis和Kumagai讓球體具備了全方位運動的能力，而不是僅僅向前或是向后移動幾步。

“發動機要靠大量電子器械和軟件才能運作，”他解釋道。“但目前的趨勢是，電子器械和軟件的價格會越來越親民，但是機械系統的價格下降幅度并沒有那么大。”

比起之前的ballbot，SIMbot從簡的機械構造是個巨大的突破。Hollis認為它很適合與人類協同工作，因為機器人的身體能夠在發動機的球體上方保持平衡，高瘦的ballbot不需要縮骨功，就可以穿過一些狹長的地帶，比如走廊和家具之間的狹長空隙。必要的時候，人們也可以幫它們一把。但是它的自主性還是不容忽視的——SIMbot可以執行一些簡單的任務，比如幫助坐在椅子上的人們站起來，幫他們拎東西，或是做人類忠實的引導員。

目前，通過移動球來保持機器人平衡的機制完全依賴于機械方法。Hollis打造的SIMbot用了一種叫做“逆向鼠標球”的方法：四個電機驅動滾筒會貼著球體，這樣就可以驅使它向任意方向滾動。同時，第五個發動機會控制機器人的偏航運動。

“但是驅動滾筒的傳送帶會磨損，需要替換，”一個機器人領域的博士Michael Shomin說道。“傳送帶替換掉之后，系統會進行重新校準。”他還表示，新發動機的電晶體系統較為省時。

球形感應電機的旋翼是個運作精準的銅殼空心鐵球。球內的電流會感應到六個分別配備了三相繞絲的疊層固定鋼片。疊層固定鋼片被安置在球旁邊——它并不是完全垂直的。六個疊層固定鋼片會在球內產生磁波，讓球體沿著磁波的方向移動。磁波的方向會受鋼片里電流的變化而改變。

除了Hollis 和 Kumagai之外，機器人學博士Ankit Bhatia和來自薩爾茨堡應用科學大學的訪問學者Olaf Sassnick也參與了研發，將發動機改良得更適合SIMbot。

“就算發動機性能沒有得到優化，SIMbot的表現已經足夠驚艷，”Hollis說道。“我們期待SIMbot技術會讓ballbot的可用性、實踐性和接受度都能提高。”

國家科學基金會和日本的科學研究費補助基金（KAKENHI）贊助了這項研究。今年五月舉辦于瑞典斯德哥爾摩IEEE ICRA上，研發團隊展示了他們的研究成果。

via CMU

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