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由ETH开发的机器人ANYmal可以看到,这项任务将其带到苏黎世下方的排水沟和隧道的迷宫中
2020年12月04日    阅读量:3462     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

两个人抬起30公斤的高科技机器,并用绳子将其降低到黑暗的竖井中。我们穿上反光的工作服,将鞋子换成大腿高的橡胶靴,并将其牢固地固定在我们的服装上。


然后是我们每个人的头盔,手电筒和一次性手套中国机械网okmao.com。完全装备好之后,我们就开始下降,沿着井壁一一向下,直到到达苏黎世地下四米处的下水道系统。


在这个温暖的秋日,一组研究人员正在地下进行测试。他们的目的是确定是否有一天可以将ANYmal(由Robotic Systems Lab和ANYbotics联合开发,是ETH衍生产品)部署到污水处理系统中。


例如,它可用于帮助苏黎世市的员工,这些员工经常不得不步行或爬过城市下方约100公里的无障碍竖井和排水沟,并且其工作是检查墙壁和地板是否损坏。


这项工作不但对健康构成威胁,而且还可能致命,因为排水沟可以在没有警告的情况下迅速注满水。在这种环境下,机器人的另一个优势是它们可以在狭窄的下水道中运行,而当今的技术无法使用这些下水道。


由ETH开发的机器人ANYmal可以看到,这项任务将其带到苏黎世下方的排水沟和隧道的迷宫中 中国机械网,okmao.com


初始测试运行


研究人员将机器人垂直放置在轴的底部。它高约50厘米,有四个铰接的腿,以及类似摄像头和各种传感器的头部。


ETH衍生产品的联合创始人Peter Fankhauser正在商业化ANYmal,他在地面上广播了他的同事,后者负责协调测试并将命令发送给机器人。然后Fankhauser用操纵杆旋转,然后机器人向前踩。由于这是在未知地形中的首次测试,因此即使机器人可以自动移动,他也可以部分控制该机器人。


Fankhauser说:“这是一种预防措施,只是因为实验室中的某些工作并不总是意味着在现实世界中会奏效。” 毕竟,地下条件不是机器人习惯的:室是湿滑的,比实验室中的温度和湿度更高。而且,它非常非常黑。

 

“很难在这里做出很大的区分,” Fankhauser说,他的声音几乎隐隐约约,因为机器人以缓慢的速度穿过大约三米高和五米宽的隧道。机器人发出均匀的机电声音(一种有节奏的呼–声),并与附近主要下水道发出的冲水声混合在一起。我们处在一个很大的下水道中,里面只有一滴水。考虑到该机器人在地下4米处进行首次测试,研究人员已采取了避免大量积水的预防措施。


工人将高科技机器人小心地操纵到狭窄的竖井中。信用:苏黎世联邦理工学院

在黑暗中找到自己的方式


这项为期三年的研究项目名为THING(亚地下触觉研究者),其目标是设计能够自行移动并能够更好地识别周围环境的机器人。


机器人通常使用3D相机和激光传感器进行定向。但是,此类设备可能会在不利条件下发生故障,例如当地面潮湿或空气充满灰尘时。这就是为什么研究人员认为增强触觉感知(通过触摸定向)是一种可能的解决方案。该项目将ETH研究人员与来自爱丁堡,比萨,牛津和波兹南的大学的同事聚集在一起。


所有这些机构都在试验ANYmal机器人,并且来自不同位置的项目参与者会定期开会。除了在污水处理系统中进行测试外,明年研究人员还将在波兰的铜矿中部署该机器人。这将决定它是否可以在完全不同的微气候下工作,微气候的特征是炎热,多尘的空气和砾石表面。


ETH由由马可·哈特(Marco Hutter)教授领导的机器人系统实验室代表该项目进行,该实验室多年来一直在研究腿式机器人。在以ESOP奖学金和先锋奖学金的形式从事这项研究后,他很快获得了ETH的支持。


在测试的第一天,关键问题之一是机器人是否可以在污水处理系统的黑暗中完全找到自己的路。最初,两个带有大LED灯的助手照亮了周围的环境,以便我们可以清楚地看到正在发生的事情。然后,范库瑟(Fankhauser)要求助手关闭灯,并在地面上对他的同事进行广播,以告诉机器人使用其自己的灯。


机器人的触觉并不是唯一能够帮助其在黑暗中找到路的方法,正如Hutter解释的那样:“机器人使用激光传感器和摄像头扫描周围的环境。通过识别混凝土表面的不规则性,它可以确定在任何给定时刻它在哪里。”


现在,在黑暗中只能看到机器人“头部”中的小圆形LED。大气是超凡脱俗的:黑暗,涌水的声音,机电的呼啸声,机器人的LED眼睛。然后有人用滑稽的评论暂时打破了令人毛骨悚然的沉默:“它的眼睛有点像罗威纳犬。”


地下和海上


自2009年以来,ETH的研究人员一直在研究四足机器人。第一个ANYmal原型于2015年完成,一年后,ETH建立了衍生的ANYbotics。刚起步的公司的任务是使机器人可以在所有类型的地形中部署,以便可以在各种实际应用中使用。该公司的口号是“让机器人无处不在”。


每月进行两次或三次现场测试。例如,Fankhauser及其团队的一些成员最近前往北海中部的一个海上平台。希望机器人有一天能在这种平台上进行检查。至少在试运行中,ANYmal自主完成了几条具有鲜艳色彩的检查路线。


ANYmal可能进入对人类来说太小的空间。


经过近十年的研究,ANYmal可以做很多事情。


它不仅可以自主行走,而且还具有视觉,听觉和触觉的感觉能力。这些功能使它能够读取机器上的气压显示,识别声音并识别物体,例如确定灭火器是否在正确的位置。机器人甚至可以自行执行某些手动任务。


配备了一个附加的夹持臂,它可以打开门,丢弃垃圾或按下升降按钮。它还提供比我们自己的眼睛,耳朵和鼻子可感知的更为精确的数据。它可以识别环境温度并检测空气中是否存在气体。它的最新技巧是识别其下方地面的组成。“它的某些力量是超人的,”范考瑟说。


尽管下水道没有光线,但机器人似乎找到了很好的路,悠闲地穿过浅水道。当高科技机器在下水道的干燥侧臂中到达20厘米高的壁架时,Fankhauser轻弹一下操纵杆即可将其停止。最初,他不愿意向机器人发出爬过壁架的命令。尽管它可以轻松地在实验室条件下掌握这种操作,但在这里仍然是一项冒险的工作。“这是一台昂贵的机器,” Fankhauser说。但是他还是尝试了一下。ANYmal不会在第一次尝试时对其进行管理。它像跳着马的马一样停在壁架上。“默认,请重新开始。” Fankhauser广播。现在,机器人优雅地将一条腿一条接一条地放在壁架上。


庞大的数据量


Fankhauser和Hutter看着机器人继续巡逻一会儿时,我通过入口轴返回地面。ETH的两位助手坐在白色檐篷下的长凳上,牢牢地盯着笔记本电脑。


发电机嗡嗡作响,a刨机闪烁–许多沿主路经过的骑自行车的人困惑地看着路旁敞开的人孔周围的轮毂。看着研究人员的肩膀,我可以看到几乎恒定的数据流在屏幕上闪烁。借助最先进的3D和激光技术,可以在单独的监视器上看到机器人不断从地下传输的实时图像。


当Fankhauser从下方广播时,他希望机器人用它的一只脚触摸下水道的墙壁,这两个助手已经为他们剪掉了工作。他们正在使用的软件尚未为此编程。但是,他们反应迅速,采用了最初编程为教ANYmal握手的算法。


但是要确保机器人不会用力撞墙,研究人员必须调整参数。在这种情况下,问题在于机器人抬起腿的角度。其中一位助理输入100,然后逐渐增加该数字。在180处达到完美水平,机器人的操纵成功。


Fankhauser和Hutter从排污系统阴凉潮湿的环境中进入温暖的秋天阳光。当他们脱下反光的工作服时,他们慢慢开始放松。Fankhauser说:“机器人处于不间断运行状态,并收集了大量数据。”他取消了高胶靴,脱掉了防护服。哈特教授也很满意:“所有的研究小组将把大量的数据带回家进行研究。” 


现在,他们距离提供能够在地下严酷??条件下正常运行的机器人的目标又迈进了一步。但是他们的工作还远远没有完成。的机器人一天中每秒记录500,000次测量。Fankhauser笑着说:“足够的数据使我们忙了六个月。”


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