德州農(nóng)業(yè)大學(xué)論文：這條機(jī)器人尾巴，像《奪寶奇兵》里的鞭子一樣神通廣大 | 新智造

新智造按：本文作者Evan Ackerman，來(lái)源IEEE，由新智造獨(dú)家編譯，未經(jīng)許可拒絕轉(zhuǎn)載！

縱觀機(jī)器人領(lǐng)域，對(duì)機(jī)器人尾巴的研究已經(jīng)不是什么新鮮事了。加州大學(xué)伯克利分校團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研究出了一種方法，成功用尾巴來(lái)控制機(jī)器人在空中移動(dòng)的方向。其理念已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用：從會(huì)奔跑的機(jī)器人，到高度機(jī)動(dòng)性的機(jī)器人汽車，它一網(wǎng)打盡。不過，這些應(yīng)用的共同之處是：它們的尾巴都要依靠馬達(dá)來(lái)制動(dòng)。

最近，美國(guó)德州農(nóng)業(yè)大學(xué)在IEEE Robotics and Automation Letters上發(fā)表了一篇名為《使用靈活、非制動(dòng)的尾巴來(lái)操縱物體》的論文，闡述了如何用非制動(dòng)的機(jī)器人尾巴來(lái)操縱物體。研究人員將一種“靈活的繩狀結(jié)構(gòu)”綁在一臺(tái)小型遙控汽車上，并用它來(lái)操縱物體，這繩子有點(diǎn)像《奪寶奇兵》里印第安納·瓊斯的鞭子。而其實(shí)，試驗(yàn)表明：這條“瓊斯鞭子”可謂神通廣大。

這“條”機(jī)器人可以做出不同的動(dòng)作：拖、拉、繞、拽，甚至“鞭打”物體......

下圖展示了機(jī)器人尾巴拖拉物體的過程：

下圖展示了機(jī)器人尾巴“鞭打”物體的過程：

此外值得一提的是，這條機(jī)器人尾巴也可以在斜坡上完成任務(wù)。

論文作者Young-Ho Kim和Dylan A. Shell表示：雖然這種可彎曲、非制動(dòng)的機(jī)器人尾巴非常廉價(jià)，運(yùn)行起來(lái)又簡(jiǎn)單，但迄今為止很少有人涉足此領(lǐng)域的研究。因此，此項(xiàng)研究是有先創(chuàng)性的。

IEEE Spectrum記者采訪了 Kim和Shell，以下是采訪內(nèi)容：

IEEE Spectrum：你們?yōu)楹伍_始此方面的研究？又是怎么知道此領(lǐng)域很少有人研究的呢？

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell：

很多機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)的重心都是工具的使用（比如DARPA機(jī)器人挑戰(zhàn)賽上可鉆墻的機(jī)械臂），我們也不例外。不過，我們感興趣的工具和他們有所不同。首先：我們的工具唾手可得，你無(wú)需花費(fèi)重金來(lái)購(gòu)買；其次，其由靈活的材料構(gòu)成，所以它非常可塑，這大大增強(qiáng)了機(jī)器人的能力。我們?cè)谡撐闹幸灿刑岬剑哼@次材料的適用范圍非常廣，它能圍住、拖拉物體，還能系住或抽打物體。

其實(shí)，此方面也有一些研究者先驅(qū)們，不過他們的關(guān)注點(diǎn)和我們截然不同，他們一般關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1、如何使用機(jī)器人尾巴，提高尾巴的靈活度。

2、如何在運(yùn)動(dòng)學(xué)上控制繩子的運(yùn)動(dòng)，用繩子來(lái)拖拉物體。

3、如何設(shè)計(jì)機(jī)器人尾巴，使用運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)模型。

而我們的研究重點(diǎn)是讓繩狀結(jié)構(gòu)材料的功能得以最大發(fā)揮，我們將繩子的重量、運(yùn)動(dòng)的壓力、因加速器而產(chǎn)生的壓力都考慮進(jìn)來(lái)。

IEEE Spectrum：你在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了什么呢？

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell：

我們用不同的方式來(lái)使用機(jī)器人尾巴，讓它操縱不同的物體。

首先，我們意識(shí)到某些特定的動(dòng)作能讓尾巴呈現(xiàn)特定的形狀，這就意味著我們可以只關(guān)注繩子的大體形狀，而忽略一些小細(xì)節(jié)。

其次，機(jī)器人和物體是通過繩子連接的，它們相互影響。例如，如果物體停止移動(dòng)，那么機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)也會(huì)瞬間停止。

我們探索了機(jī)器人的不同動(dòng)作，只為弄清它們?nèi)绾尾倏v物體。最后，我們得出了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并得出了不同動(dòng)作的不同參數(shù)，這些參數(shù)意義重大。

IEEE Spectrum：除了拖拉和抽打，機(jī)器人還能用其他的技巧來(lái)操縱物體嗎？

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell：

在早些時(shí)候，我們讓機(jī)器人在皮帶上和皮帶下移動(dòng)。在這個(gè)試驗(yàn)中，機(jī)器人必須知道如何才能讓自己不踩到皮帶的洞洞中。這就讓我們思考如何才能找出更有用的操縱方式。

于是，我們開始試驗(yàn)不同的技術(shù)。我給大家舉個(gè)有趣的例子：

我們發(fā)現(xiàn)：將物體一圈一圈套住，并拖拉它，會(huì)增加機(jī)器人的力量。當(dāng)物體太重，機(jī)器人用單純的拖拉動(dòng)作沒法讓它移動(dòng)時(shí)，用尾巴將物體一圈一圈圍住將增加尾巴和物體間的摩擦力，這樣物體就能移動(dòng)了。

我們還試驗(yàn)了很多其他不同的動(dòng)作，并將它們的參數(shù)添加到了數(shù)據(jù)庫(kù)中。

IEEE Spectrum：為什么從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，你們的研究很重要呢？機(jī)器人的此種操縱能力對(duì)將來(lái)的機(jī)器人研究又有何意義呢？

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell：

繩狀物體有著無(wú)與倫比的靈活度，同時(shí)它簡(jiǎn)單、廉價(jià)?，F(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)就在于它的算法機(jī)制。

接下來(lái)，我們將會(huì)研究擴(kuò)展機(jī)器人尾巴的任務(wù)：讓它聚集、分離、移動(dòng)物體，甚至圍繞物體打一個(gè)結(jié)。最終，我們希望我們的研究將會(huì)幫助其他研究者理解如何在機(jī)器人身體上運(yùn)行一個(gè)靈活的零部件。

IEEE Spectrum：你們接下來(lái)會(huì)做什么呢？

Young-Ho Kim和Dylan A. Shell：

我們剛剛也提過，我們正在探索機(jī)器人操縱物體更豐富、更有趣的參數(shù)，來(lái)得出新的操縱物體的方法。同時(shí)，我們也正在擴(kuò)展機(jī)器人尾巴能夠執(zhí)行的任務(wù)范圍。

除此之外，我們也在努力讓實(shí)驗(yàn)取得一個(gè)通用化的效果，讓其他的試驗(yàn)都能從我們的試驗(yàn)中得到參考。我們得出的參數(shù)庫(kù)較大，適用的范圍也廣，我們正在探索這些參數(shù)的使用價(jià)值和使用方法。

其實(shí)，物體的形狀并不重要，即使是復(fù)雜形狀的物體也適用，更為重要的是物體的材質(zhì)。如果機(jī)器人尾巴能夠操縱一種材質(zhì)的物體（比如說木船），那么它也可以操縱相似材質(zhì)的漂浮物體。

現(xiàn)在，我們的機(jī)器人尾巴只適用于小型、輕型的物體，并只能在低摩擦力的表面完成任務(wù)。在將來(lái)，我們將會(huì)讓它能夠操縱更大、更重的物體，讓它得到更大范圍的應(yīng)用（比如汽車?yán)惖龋＿@樣，我們的試驗(yàn)將會(huì)發(fā)揮實(shí)際意義。

Via：IEEE

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