弹性脚垫让机器狗跑得更远更久

首尔科学技术大学的工程师们为四足机器人设计了多孔脚，这种脚可以储存与地面撞击的能量，并在下一步中将其释放。传统的弹簧和减震器效率低下，因为它们只在快速步态下有效，因此对于慢速移动的巡检机器狗，需要其他能量回收机制。所提出的脚为半球形，采用柔性聚合物3D打印，结构为三重周期最小曲面（TPMS），这是一种连续的三维点阵，由重复的孔隙和支柱组成，兼具重量轻、刚度可调以及吸收和释放储存的机械能的能力。研究人员测试了三种点阵结构——简单、螺旋和金刚石——发现相对密度为60%的金刚石点阵性能最佳：其变形充分，储存能量多，且内摩擦损耗的能量相对较少。由于仅靠弹性脚是不够的——步态不当会导致储存的能量耗散或引起机器人身体摇摆，迫使电机纠正姿态——工程师们通过深度强化学习训练了一个控制器。该模型包含了TPMS结构的变形与恢复，奖励函数鼓励电机做功与地面接触时弹性能量的储存和释放相一致的运动。该系统在四足机器人RBQ-10上进行了测试，将新脚与传统的实心半球支撑进行了比较。机器人在整个速度范围内保持稳定，同时在0.4至1米/秒的速度下，平均电池功耗降低了1.4%至6.2%。该开发旨在用于巡检、货物运输和搜救作业中的机器人，这些场景中长时间自主运行至关重要。