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硬核干货|提醒波士顿动力机器人背面的专利技术(上)

作者:admin 发布时间:2019-05-15 20:26:11 浏览次数:225
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导读
假如说在腿足机器人范畴里,有一个让人闻之色变的反常企业,那就非波士顿动力莫属了。深耕几十年的技能堆集加上“不谙世事”的科研情绪,使得BD一向坚持在腿足机器人科研范畴遥遥领先的方位。因此为了探寻BD背面的技能,机器人大讲堂约请超凡专利的相关人员,为咱们汇总了有关BD四足机器人的相关专利,下面就让咱们一同寻迹BD背面的技能。

本文由超凡知识产权投稿,机器人大讲堂收拾修改


波士顿机器人是一个千变万化的风情万种的适应力极强的美男子~时而寂静的像一头牛,时而张狂的像脱缰野马,真的是上天遁地,无所不能— —不要觉得小编夸大,夸大不足以展现波士顿动力机器人的悉数风韵。


波士顿动力四足机器人的开展进程(宿世此生)


比较于轮式或履带机器人,波士顿足式机器人具有更强的地势适应才能,身体非常灵敏,能够在各种凹凸不平的地上行走(户外生存才能极强)。


奔驰功能极强的Wildcat


平衡力极强的Spot


不惧跌倒的SpotMini


欢喜起舞的新版SpotMini


经过一年年的技能迭代,波士顿动力的四足机器人不在仅仅是应对军方的大狗机器人,而越来越变得细巧灵敏,适应力极强。


为了探究其背面的技能道路,咱们对波士顿动力请求的专利进行了检索剖析:


波士顿专利布局状况


对小波的首要请求人Boston Dynamics进行检索,检索截止日期为2019年1月,其间触及机器人的专利文献共有72篇,对其进行简略计算,能够得到如下效果:

波士顿动力的专利请求态势图


能够看出:从2001~2011年,波士顿共请求了4件有关足式机器人的专利,这十年是足式机器人技能的探究阶段,即专利布局的前期阶段;从2014年开端,波士顿动力在足式机器人的不同技能维度开端进行专利布局,直至2017年都坚持了较高的请求量,这期间不断推出了足式机器人的改善版,于2016-2017年推出的SpotMini是更新换代的产品(爬楼梯的SpotMini),为其商业化使用奠定了根底。


如下图所示,经过对上述72篇专利进行分类标引,波士顿动力四足机器人的技能范畴首要触及液压驱动和电液混合驱动,上述技能确保了机器人具有较强的运动才能,而步态规划、平衡操控、杂乱地势动态规划以及自我回正归于机器人的运动操控,一起也是波士顿的核心技能,上述技能使机器人更好的适应环境,坚持动态平衡,完结智能移动。


波士顿动力的专利技能分布图


下图为波士顿动力足式机器人专利技能道路图。


波士顿四足机器人技能道路图


1、波士顿动力前期专利

经过剖析波士顿动力的专利请求趋势可发现,波士顿动力尽管成立于1992年,但是前期的专利请求多是关于离合器、轴承、医疗器械等,直至2001年9月21日才与SONY公司联合请求一种仿生宠物狗机器人专利(US6484068B1),该专利首要处理的是宠物狗机器人的跳动操控,如下图。


US6484068B1附图


专利中将跳动划分为两个操控阶段,第一阶段操控机器人的四个脚一起跳离地上,第二阶段操控前腿先落地后腿后落地,经过改动腿的落地视点和推迟视点完结落地。

而在2004年6月9日波士顿动力独立请求了一份能够行走或匍匐的多足机器人的专利US20050275367A1,设置在机身上的12个电机经过锥齿轮组织驱动六个腿的运动,如下图所示。经过这种锥齿轮组织还可完结机器人身体高度的调整。


US20050275367A1附图


US20050275367A1附图


经过了前期在多足机器人范畴的探究,波士顿动力在多足机器人的开展上继续改善,并将其效果进行专利布局。

2、四足机器人动力体系剖析

动力问题是机器人的核心问题,关系着机器人能否动起来,作业时间的长短。波士顿动力前期的机器人首要是电机经过齿轮驱动连杆组织,关于没有载荷要求的机器人而言是满足的,对如Bigdog这类以内燃机为动力且需搭载较大负荷的机器人则显得鼻塞怎么办无能为力,为此,波士顿动力在液压驱动方面布局了较多专利,如下图的液压操硬核干货|提醒波士顿动力机器人背面的专利技术(上)控技能开展道路。


波士顿动力液压操控开展道路图

BigDog体系能耗高的问题杰出,能量的屡次转化、多环节传递造成了大能量丢失,如下图所示为足式机器人在前行中抱负的足部轨道,腿部的运动是经过液压体系完结,在抱负轨道下机器人可下降液压驱动能耗。


足部抱负轨道图


足式机器人在不同场合需求不同的功率供应,具有不同功率形式切换是下降功耗的重要手法,为此,波士顿动力在2008年10月14日提交的专利US20100090638A1中经过传感器检测力,操控器操控阀当令进行开关动作,完结按需高功率或许低功率形式。在此根底上,波士顿动力在2011年5月18日提交的专利请求US20120291873A1中公开了一种具有高压油路,中压油路和低压回来油路的液压体系,如下图所示。


US20120291873A1附图


为了进步机器人运转的功率、减小功率耗费以及进步运动的稳健性,波士顿动力在2014年8月1日提交的专利US20160023647A1中经过判别关节接受的载荷类型和巨细,以挑选恰当的液压或电动致动器,使得机器人的功率耗费最低。如下图所示,机器人依据不同的负载挑选不同的驱动办法组合。


US20160023647A1附图


下图是机器人的希望驱动力,希望的力为液压驱动力和电驱动力的总和,液压驱动为离散力,电驱动为接连的力,两种驱动办法彼此弥补然后构成希望的力,到达最佳的驱动功率。


US20160023647A1附图


比外,波士顿动力还在进步液压体系的安稳供压、经过不同压力组合、分阶段供压、进步液压部件损坏作业寿数、进步阀的响应速度等方面均进行了专利布局。以上这些专利中的技能均用于确保液压体系高效和牢靠作业。

3、四足机器人步态剖析

在处理了动力方面的问题后,还需处理机器人怎么动的问题。四足机器人在跋涉时不同的时间段需求不同的跋涉速度,而不同的跋涉速度对应不同的步态,四足机器人的步态包含Walk(慢走)、Trot(小跑)、Bounding(跳动)、Gallop(飞驰)。


Wildcat奔驰转向


上图中的Wildcat正在以Bounding步态奔驰并完结了奔驰状况下的转向,整个进程都很流通。可看出波士顿动力现已很好的处理了机器人在各种速度下的步态转化。下面将波士顿动力在该方面的专利进行如下剖析。


3.1步态转化


步态转化技能开展


经过检索,波士顿动力在步态转化方面先后请求了6件专利,其技能开展如上图所示,首要触及怎么完结不同步态、拟定步态转化原则、拟定步态列表等。


3.2步态操控和转向


Trot 硬核干货|提醒波士顿动力机器人背面的专利技术(上)


Gallop


波士顿动力在2014年12月17日请求且已授权的专利US9395726B1中公开了机器人经过操控俯仰角、高度、速度以及其发作的力完结不同的步态,下图所示,Bound步态用于完结一般奔驰,而Gallop步态适合于高速奔驰。


US9395726B1附图


而当机器人需求转向时,可经过横向移动侧方的两条腿并合作滚动和偏航角来完结机器人全体的转弯,如下图所示。


US9395726B1附图


3.3.拟定步态原则


依据硬核干货|提醒波士顿动力机器人背面的专利技术(上)上篇专利触及的不同步态,波士顿动力为完结各种步态转化拟定了步态原则,并在2015年7月23日请求且已授权的专利US9931753B1中公开了可主动完结所需步态的转化的办法,经过辨认当时的步态信息,依据不同的操作规范判别当时的步态是否归于其间,并依照其间的一种步态行走。


3.4.拟定步态列表


波士顿动力为完结各种步态的顺畅转化,拟定了步态列表并可查询,其在2015年11月3日请求且已授权的专利US9789607B1,以及在2016年06月27日请求且已授权的专利US10017218B1中均公开了依据转向指令使足式机器人完结目标步态, US9789607B1侧重于不同步态列表的查询、US10017218B1侧重于相同步态的腿的行走次序并防止失步,如下图所示为拟定的步态列表。


US9789607B1附图


依据不同的速度区间规划不同步态,并排列成步态列表,在机器人内部存储有多个步态列表。实际操作中,依据机器人的行走速度判别所在的状况,遍历列表,直至取得相符的步态,然后操控机器人以相关步态行走。


US9789607B1附图


该专利中再次触及了机器人经过步态调整完结转向,如上图所示,当机器人遇到妨碍物时,机器人经过转向避开妨碍,机器人依据偏航误差和方位误差进行转向。该专利中还触及了Walk和Trot的切换办法,如下图所示,在416后切换为500,然后开端Trot步态。


Walk转Trot


US9789607B1中的Walk和Trot转化


3.5.坚持前后重心高度一致


机器人在跋涉中,因为许多原因导致重心发作歪斜,处于悬空状况下的跨步腿依据当时支撑腿及机身的状况挑选正确的落方方位,确保机体重心落在安稳区域之内,依据此,波士顿动力在2016年6月27日请求且已授权的专利US10059392B1中公开了一种操控具有非稳定俯仰角和高度的机器人设备,经过调整机器人前后部分的质心方位能够使确保机器人在奔驰中坚持机身重心高度一致,如下图。


US10059392B1附图


假如硬要给波士顿动力的四足机器人划定一个边界,以上就是其四足机器人的宿世。


选用液压操控,选用操控阀、高低压挑选供压的办法下降体系能耗,选用离散/接连操控、蓄能器、压力猜测、不同液压压力、分阶段供压组合的办法确保机器人满足的压力供应的;前期聚集的是怎么完结四足机器人的不同步态,让它有不同的风韵~


现在的Spot及SpotMini中选用电液混合的办法驱动下降能耗,专心于不同步态之间的转化,经过拟定转化原则然后拟定步态列表,来完结其更灵敏多变的姿势,或是说更像硬核干货|提醒波士顿动力机器人背面的专利技术(上)一只活灵敏现的小狗。


了解完宿世,我想咱们愈加猎奇它的此生。想知道SpotMini是怎么修炼成现在的凌波微步的吗?下期咱们再来揭开它的奥秘面纱!


以下,为本文投稿作者的详细信息:



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