目前,智能無人系統(tǒng)種類多樣,類型豐富。主要包括空中飛行的無人機(jī)、飛艇,地面上作業(yè)的機(jī)器人、自主地面車輛,水中的無人潛航器、水下機(jī)器人等三大類,還有空間站機(jī)器人、微型衛(wèi)星、工業(yè)機(jī)械臂等眾多旁支。目前,隨著智能化無人系統(tǒng)的概念的普及、傳感器和微型處理器技術(shù)的發(fā)展,智能無人系統(tǒng)已開始在社會生活中嶄露頭角,大大地推動了信息融合技術(shù)的研究和應(yīng)用。美研究人員開發(fā)的“大狗”(BigDog)機(jī)器人便是其中例。
戰(zhàn)場上的“大狗”機(jī)器人
在戰(zhàn)場上,當(dāng)美軍在對堅固設(shè)防區(qū)實(shí)施有準(zhǔn)備的進(jìn)攻作戰(zhàn)時,會動用偵察車、夜視器材、雷達(dá)、地面?zhèn)鞲衅鞯龋匾獣r使用巷戰(zhàn)的智能機(jī)器人、無人駕駛偵察機(jī)、高電子傳感器等。這款“大狗”機(jī)器人,便是由美波士頓動力學(xué)工程公司專為美軍隊設(shè)計研發(fā)的。研發(fā)成功后,到2015年,“大狗”機(jī)器人就已經(jīng)進(jìn)入了阿富汗地區(qū)開展試驗,對機(jī)器人和士兵的協(xié)同作戰(zhàn)功能進(jìn)行了初步驗證。
作為形似機(jī)械狗的四足機(jī)器人,“大狗”機(jī)器人體重和大型犬相當(dāng),在交通不便的地區(qū)能夠為士兵運(yùn)送彈藥、食物和其他物品,能夠行走和奔跑,還可跨越定高度的障礙物。
大狗機(jī)器人身上的傳感器類型
據(jù)了解,“大狗”機(jī)器人總共安裝有約50個傳感器,這些傳感器能夠用于監(jiān)測車身的姿態(tài)與加速、關(guān)節(jié)的運(yùn)動和力度、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和內(nèi)部機(jī)械裝置的溫度和液壓。
“大狗”機(jī)器人頭部立體攝像系統(tǒng)可提供的三維地形圖,姿態(tài)傳感器能提供當(dāng)前的姿態(tài)和加速度,而壓力、位置傳感器則可反饋關(guān)節(jié)當(dāng)前的運(yùn)動狀態(tài)和余量,溫度、壓力傳感器還可以監(jiān)測系統(tǒng)的健康狀態(tài)。這樣來,多種傳感器收集到的信息全部傳遞回“大腦”后,通過信息融合算法,經(jīng)過類似人腦的處理過程,“大狗”便可以作出正確的指揮。
在實(shí)際操作中,“大狗”機(jī)器人大的特點(diǎn)是,能夠展示以多種運(yùn)動方式與速度運(yùn)動。“大狗”機(jī)器人通過控制它的四條腿,能夠站起來,蹲下去,爬行,小跑,甚至快速跳躍前進(jìn)。這連串的動作,離不開它身體和腿部的智能化構(gòu)造與感知系統(tǒng)。
體內(nèi)裝有汽油發(fā)動機(jī)提供全身動力
具體來說,“大狗”的身體是種鋼架結(jié)構(gòu),內(nèi)裝有圓筒形汽油發(fā)動機(jī),來為“大狗”的水壓系統(tǒng)、電腦和慣性測算單元(IMU)提供動力。其中,慣性測算單元是機(jī)器狗的重要組成部分,它使用光纖激光陀螺儀和組加速器跟蹤機(jī)器狗的運(yùn)動和位置。這些裝置與四條腿起發(fā)揮作用,就可以使它邁出準(zhǔn)確的步伐。
為與人類行走的速度致,它還采用了種動態(tài)平衡小跑步態(tài),即利用橫向速度與加速度來保持平衡。通過些慣性傳感器與控制系統(tǒng)控制分配給各條腿的運(yùn)動力量和地面反應(yīng)力量,來優(yōu)化它的負(fù)重能力。
大狗關(guān)節(jié)裝有傳感器,負(fù)責(zé)測量力量和位置,探測地勢變化
腿部關(guān)節(jié)利用傳感器探測地勢變化
談到大狗的腿部,它的腿由鋁制成,每條腿有三個靠傳動裝置提供動力的關(guān)節(jié),并有個“彈性”關(guān)節(jié),利用水壓刺激器,電腦每秒可以重新將關(guān)節(jié)配置500次。關(guān)節(jié)上裝有傳感器,負(fù)責(zé)測量力量和位置,探測地勢變化,電腦參照這些數(shù)據(jù),結(jié)合從慣性測算單元獲得的信息,確定四條腿應(yīng)該是抬起還是放下,向右走還是向左走。通過調(diào)整關(guān)節(jié)的水壓液體的流動,電腦可以將每只爪子準(zhǔn)確地放下。
例如,如果有條腿比預(yù)期更早地碰到了地面,計算機(jī)就會認(rèn)為它可能踩到了巖石或是山坡,然后“大狗”機(jī)器人就會相應(yīng)地調(diào)節(jié)自己的步伐。而當(dāng)遭到外界“騷擾”時,例如踹它腳時,“大狗”的主動平衡性使其可以保持穩(wěn)定。