软腿机器人——使用气动电路像海龟一样行走：软腿机器人——使用气动电

原标题：软腿机器人——使用气动电路像海龟一样行走
近日《科学机器人》杂志中，圣地亚哥大学的研究人员演示了一种具有四只腿的柔软步行机器人，该机器人的步态与乌龟相似，由管子和阀门制成的气动回路系统控制着步态。这种由空气驱动的神经系统可以从单个压缩空气源按顺序启动多个自由度，从而大大降低了复杂性，并为机器人本身带来了基本的决策形式。
有一些很难制成软元件的组件，包括压力源和必要的电子设备。该机器人真正的亮点在于，研究人员设法获取了一个压力源（一个牵引绳或一个车载二氧化碳存储筒），并使用一个完全振荡的三阀回路将其引导到四个不同的支腿，每个支腿具有三个不同的气室。

文章图片
其灵感来自生物学，包括四足动物在内的自然生物利用称为中枢模式发生器（CPG）的神经系统组件来支配四肢重复运动，这些四肢用于行走、飞行和游泳。这在某些生物中显然比在其他生物中更为复杂，并且通常由感觉反馈来介导，但是CPG的基础结构基本上只是一个重复回路，该回路依次驱动肌肉以产生稳定连续的步态。在这种情况下，要以成对的对脚驱动气动肌肉，从而产生对角对联步态，对角的四肢同时向前和向后旋转。

文章图片
（J）有节奏的腿部动作的气动逻辑电路。施加到三个逆变器组件的恒定正压源（P+）导致高压状态在电路周围传播，每个逆变器都有延迟。当一个逆变器的输入为高电平时，连接的执行器（即A1 ， A2或A3）充气。高压状态的这种顺序导致机器人的每对腿部在由气动连接确定的方向上旋转。（K）通过反转气动振荡器电路的激活顺序，连接的致动器以新的顺序（A1 ， A3和A2）充气，从而导致（L）机器人的腿反向旋转。（M）机器人的示意性底视图，其中指出了要向前行走的腿部运动方向。

文章图片
通过将常闭半部（顶部）切换为常开，将常闭半部（底部）切换为常闭，每个阀均充当逆变器。
回路本身由三个管道连接的双稳态气动阀组成，通过为流经其中的气体提供阻力，可以改变管的长度和内径来调节阻力，从而起到延迟的作用。在回路内，加压气体的运动既是能量的来源，也是信号的来源，因为回路中的压力无论在哪里，都是腿在移动。最简单的电路仅使用三个阀，并且可以使机器人沿一个方向行走，更多的阀可以添加更复杂的腿部控制选项。
【软腿机器人——使用气动电路像海龟一样行走】这项工作与美国喷气推进实验室为探索金星而开发的流动站有相似之处，该流动站不是软体机器人，但它在类似的约束下运行，因为它不能依靠传统的电子系统来进行自主导航或控制。