豐富多樣的機(jī)器人，且看美國智能機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用
目前，智能無人系統(tǒng)種類多樣，類型豐富。主要包括空中飛行的無人機(jī)、飛艇，地面上作業(yè)的機(jī)器人、自主地面車輛，水中的無人潛航器、水下機(jī)器人等三大類，還有空間站機(jī)器人、微型衛(wèi)星、工業(yè)機(jī)械臂等眾多旁支。目前，隨著智能化無人系統(tǒng)的概念的普及、傳感器和微型處理器技術(shù)的發(fā)展，智能無人系統(tǒng)已開始在社會(huì)生活中嶄露頭角，大大地推動(dòng)了信息融合技術(shù)的研究和應(yīng)用。美國研究人員開發(fā)的“大狗”（BigDog）機(jī)器人便是其中一例。
戰(zhàn)場上的“大狗”機(jī)器人
在戰(zhàn)場上，當(dāng)美軍在對(duì)堅(jiān)固設(shè)防區(qū)實(shí)施有準(zhǔn)備的進(jìn)攻作戰(zhàn)時(shí)，會(huì)動(dòng)用偵察車、夜視器材、雷達(dá)、地面?zhèn)鞲衅鞯?，必要時(shí)使用巷戰(zhàn)的智能機(jī)器人、無人駕駛偵察機(jī)、高級(jí)電子傳感器等。這款“大狗”機(jī)器人，便是由美國波士頓動(dòng)力學(xué)工程公司專為美國軍隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)的。研發(fā)成功后，到2015年，“大狗”機(jī)器人就已經(jīng)進(jìn)入了阿富汗地區(qū)開展試驗(yàn)，對(duì)機(jī)器人和士兵的協(xié)同作戰(zhàn)功能進(jìn)行了初步驗(yàn)證。
作為形似機(jī)械狗的四足機(jī)器人，“大狗”機(jī)器人體重和大型犬相當(dāng)，在交通不便的地區(qū)能夠?yàn)槭勘\(yùn)送彈藥、食物和其他物品，能夠行走和奔跑，還可跨越一定高度的障礙物。
大狗機(jī)器人身上的傳感器類型
據(jù)了解，“大狗”機(jī)器人總共安裝有約50個(gè)傳感器，這些傳感器能夠用于監(jiān)測車身的姿態(tài)與加速、關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和力度、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和內(nèi)部機(jī)械裝置的溫度和液壓。
“大狗”機(jī)器人頭部立體攝像系統(tǒng)可提供精確的三維地形圖，姿態(tài)傳感器能提供當(dāng)前的姿態(tài)和加速度，而壓力、位置傳感器則可反饋關(guān)節(jié)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和余量，溫度、壓力傳感器還可以監(jiān)測系統(tǒng)的健康狀態(tài)。這樣一來，多種傳感器收集到的信息全部傳遞回“大腦”后，通過信息融合算法，經(jīng)過類似人腦的處理過程，“大狗”便可以作出正確的指揮。
在實(shí)際操作中，“大狗”機(jī)器人最大的特點(diǎn)是，能夠展示以多種運(yùn)動(dòng)方式與速度運(yùn)動(dòng)?！按蠊贰睓C(jī)器人通過控制它的四條腿，能夠站起來，蹲下去，爬行，小跑，甚至快速跳躍前進(jìn)。這一連串的動(dòng)作，離不開它身體和腿部的智能化構(gòu)造與感知系統(tǒng)。
體內(nèi)裝有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供全身動(dòng)力
具體來說，“大狗”的身體是一種鋼架結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝有圓筒形汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，來為“大狗”的水壓系統(tǒng)、電腦和慣性測算單元(IMU)提供動(dòng)力。其中，慣性測算單元是機(jī)器狗的重要組成部分，它使用光纖激光陀螺儀和一組加速器跟蹤機(jī)器狗的運(yùn)動(dòng)和位置。這些裝置與四條腿一起發(fā)揮作用，就可以使它邁出準(zhǔn)確的步伐。
為與人類行走的速度一致，它還采用了一種動(dòng)態(tài)平衡小跑步態(tài)，即利用橫向速度與加速度來保持平衡。通過一些慣性傳感器與控制系統(tǒng)精確控制分配給各條腿的運(yùn)動(dòng)力量和地面反應(yīng)力量，來優(yōu)化它的負(fù)重能力。
大狗關(guān)節(jié)裝有傳感器，負(fù)責(zé)測量力量和位置，探測地勢(shì)變化
腿部關(guān)節(jié)利用傳感器探測地勢(shì)變化
談到大狗的腿部，它的腿由鋁制成，每條腿有三個(gè)靠傳動(dòng)裝置提供動(dòng)力的關(guān)節(jié)，并有一個(gè)“彈性”關(guān)節(jié)，利用水壓刺激器，電腦每秒可以重新將關(guān)節(jié)配置500次。關(guān)節(jié)上裝有傳感器，負(fù)責(zé)測量力量和位置，探測地勢(shì)變化，電腦參照這些數(shù)據(jù)，結(jié)合從慣性測算單元獲得的信息，確定四條腿應(yīng)該是抬起還是放下，向右走還是向左走。通過調(diào)整關(guān)節(jié)的水壓液體的流動(dòng)，電腦可以將每一只爪子準(zhǔn)確地放下。
例如，如果有一條腿比預(yù)期更早地碰到了地面，計(jì)算機(jī)就會(huì)認(rèn)為它可能踩到了巖石或是山坡，然后“大狗”機(jī)器人就會(huì)相應(yīng)地調(diào)節(jié)自己的步伐。而當(dāng)遭到外界“騷擾”時(shí)，例如踹它一腳時(shí)，“大狗”的主動(dòng)平衡性使其可以保持穩(wěn)定。
朱先生