TrotBot步行機器人第二版:以奔騰駿馬為靈感

七月 11, 2017
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TrotBot第一版

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具可伸縮腳趾的TrotBot第二版

中文編輯部註:還記得我們曾經發布過〈打造一臺超棒的多足步行機器人〉這篇文章嗎?16歲的作者Ben Vagle看到了他的作品被翻成中文後似乎很開心,迫不及待地想與我們分享針對TrotBot足部的修改,來看看他最近的努力成果吧!TrotBot也有出現在最新一期的《MAKE》國際中文版 Vol.30上,希望讀者會喜歡!
我們都知道,做弓箭步動作會比平常走路還要累,同樣的道理,步態顛簸的機器人會需要更多力量來走動。這對小尺寸的機器人而言或許不是問題,但隨著重量增加,步態勢必得要更平順些。TrotBot第一版的步態有些顛簸,但是從下方的影片可以看出,樂高尺寸的TrotBot因為夠輕,所以走動還算順利:

然而當我裝上相對重的EV3積木TrotBot表現就沒那麼好了。為了降低動力的需求,TrotBot的步態必須要更平順,所以我加裝模仿馬匹奔跑時腳步運動的活動腳。

TrotBot與其腳部的背景

打造TrotBot的目的在於創造出能在輪式車輛無法抵達的崎嶇地形上行動的步行機,所以設計了讓它抬能夠高步伐的連桿組。最初用樂高積木製作的TrotBot原型有8腳。因為步行的效果很好,我們天真地以為可以8模式就能將它放大到休旅車的尺寸。我們整個團隊(www.teamtrotbot.com/the-team.html把那年夏天末大部的時間花在我悶熱的車庫裡,打造放大版的TrotBot結果最後步行測試時,才發現機器人步態低點向上推動的扭力太大。我們的結論是:大型步行機器人的每個角落必須隨時有一支腳和地面接觸,就像汽車的4個輪子永遠和地面接觸一樣。以下是12腳版本TrotBot其中一的模擬,可以看出來,TrotBot一開始就應該和泰奧‧揚森(Theo Jansen)著名的Strandbeest機器人一樣擴充到12支腳:

TrotBot改造成12支腳需要的新件太多,我們也不想從頭開始設計,所以我們從腳的面向切入,開始研究如何能讓TrotBot 8步態更平順

以馬匹奔跑時的步態為靈感,我們嘗試為每腿加裝第二支腳,用這個方式來模仿馬匹後腳和前腳先後落地規律。我們朝這個方向設計出一個額外的連桿組,就像TrotBot的「腳跟」,增加10%機器人腳部與地面的接觸程度、降低腳部打滑的程度,並且增加機器人後腳的步伐高度。在下面的影片中,我們比較加裝「腳跟」的TrotBot和奔跑的馬匹:

接下來我們研究的是在腳開始提起時能提供反作用力的腳趾,和人類行走時腳趾的功能一樣。我們在大型TrotBot加裝了這樣的腳趾,但是步態平順的效果不彰,同時因為它們裝在腳上的角度是固定的,常常會卡到障礙物。卡到障礙物時,連桿組偶爾會卡死,造成齒輪磨齒。換句話說,這個腳趾設計和我們想要做出在崎嶇地形行走的機的目的背道而馳。以下是腳趾的照片:
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TrotBot第一版的腳趾無法伸縮

我們再次向奔跑的馬匹尋求靈感,開始嘗試設計新的連桿組來模仿馬蹄向後踩踏,在腳提起下一步時保持彎曲的模式。我們找出了幾種方法來模仿這種動作透過再次腳步與地面的接觸提升10%,同時維持步伐高度,使得步態更平順TrotBot版裝的就是這的腳趾。我們沒辦法用整數尺寸的樂高積木長桿來做出精確的尺寸,但這個設計仍然大幅改善TrotBot的步態:

可以參考TrotBot第二版的製作說明。  

BEN VAGLE

一名住在美國科羅拉多州的高中一年級學生。他的童年大多在觀察動物和組裝樂高中度過,這類興趣激發了他做為一名年輕Maker該有的熱情和活力。
(譯:​屠建明)
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