仿生电子鼠载重爬窄管不在话下摔倒还能自己站起来丨北理工出品

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狭窄、多弯道的空间难以探测？

一只来自北理工的机器小鼠SQuRo对此给出否定答案。

它不仅能在狭小空间内灵巧穿行，轻松完成各种运动并进行变换，如蹲下起立、行走、爬行等，切实其实是应对突发灾情或狭窄管道的“神器”：

还能在不敷自己身长一半的小半径内快速转身，咬住自己的尾巴360转圈（半径比其他机器人小得多）：

乃至还很倔强，可以在跌倒后迅速站起来。

最关键的是，这只小鼠还很能载重——目前它已经能成功地带着一个占自重91%（200克）的重物，通过有20倾角的园地。

（想象一下你背着和自己差不多重的一个包爬坡上坎的觉得……）

研究成果论文的第一作者，北理工石青教授表示，目前市情上有不少足式机器人，但大多不善于应对狭窄空间：

大型四足机器人运输能力强，但不能进入狭窄的空间；微型四足机器人虽然可以进入狭窄空间，但其携带重物的能力有限。

这项来自北理工的研究成果，目前已经揭橥在IEEE旗下期刊上。

见识到这只机器小鼠出色的敏捷性和载荷能力后，再来深入理解一下吧！

此前，鲜有人给体重小于1公斤的小型四足机器人设计能方案运动的多模态掌握框架。

多模态掌握是指随系统运行状态而不断变革策略的掌握办法，可以实时选用最得当的掌握算法，并选择恰当机遇进行切换，使系统更加稳定、准确、反应迅速。

由于规模限定，小型机器人的硬件组件很少，这导致了其低感知和处理能力较弱。

其余，现有的机器人研究紧张集中于动态稳定性和机器约束，而忽略了与某种机器人相似生物的运动特色。

研究职员创造，老鼠在各种狭窄繁芜的环境中运动十分敏捷，于是他们准备从生物角度出发，在老鼠身上“取取经”。

首先，用X光片记录下老鼠运动中的骨骼构造以提取关键运动枢纽关头，然后建立了四足机器小鼠的基本模型。

机器小鼠SQuRo的质量为220克，和八周大的黑毛鼠体重的相似；它的体长也和真老鼠差不多。

北理工团队还授予了这只机器小鼠多模态运动方案和掌握框架，使其能够感知和处理繁芜的现实环境。

研究团队据X光片剖析创造，老鼠紧张靠这三个紧张功能，来组合做出各种运动：

于是，研究职员为机器老鼠配置了12个活动自由度（四肢各有2个自由度，腰部2个屈伸自由度，颈部2个自由度），以及4个被动自由度，以模拟枢纽关头的屈伸和迁徙改变。

自由度是独立变量的个数。
详细而言，若总变量个数为N，约束条件个数为M，则自由度F=N-M。

机器小鼠的四肢构造设计示意图如下：

图a、b分别为左前肢的机构运动简图和骨架模型构造；c为左后肢的骨架模型侧视图。

比较前肢，后肢的底部为一个更波折的杆，以供应更大的前推力——这与老鼠紧张依赖后肢产生推力的征象同等。

研究者剖析老鼠行为创造，它的转身运动是从头部到躯干，再到臀部，逐步发力的。

受益于灵巧的脊柱，老鼠可以迅速变换方向。

小鼠的颈椎由好几节构成，个中第一节颈椎的旋转角反响了头部和躯干之间的角度。

下面的枢纽关头旋转角度图中，有三个峰值，对应三个最明显的运动，即：颈椎屈伸、前肢第二胸椎的屈伸运动，和第十三胸椎的后肢屈伸运动。

因此，研究者为脊柱配备了三个关于屈伸的主动自由度，用于机器小鼠的正面转弯运动。

由于颈部旋转在老鼠的日常活动中很少见，以是真老鼠的颈部活动对设计探测机器人来说，意义不大。

研究者配置了一个用于颈部屈伸的主动自由度，和一个用于颈部内收的主动自由度，这两个自由度都位于头部和躯干的连接处。

机器小鼠共有33个脊椎枢纽关头，研究者将后肢屈伸的枢纽关头设置于第22个枢纽关头处，这与老鼠的对应的枢纽关头位置相似。

这项研究来自北京理工大学。

论文一作石青，现任北京理工大学教授、机电学院智能机器人研究所副所长。
本科毕业于北理工，博士毕业于早稻田大学，并曾在早稻田大学进行博士后事情。
紧张研究方向是仿活气器人、活气电领悟。

这篇论文由石青导师黄强、中科院外籍院士福田敏男，以及石青带领的仿活气器人团队共同完成。

团队研究的仿生鼠，曾被昆士兰大学打算机教授Janet Wiles评价称“达到业界SOTA水平”。

团队表示，未来还将通过闭环掌握和深入动态剖析等方法，来进一步提高机器小鼠的敏捷性，并且有兴趣将其商业化。

你以为这只机器小鼠还能被用在哪些地方呢？

论文地址https://ieeexplore.ieee.org/document/9751239参考链接：[1]https://spectrum.ieee.org/robotic-rat-climbs-crawls-turns[2]https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_15922015

— 完 —

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