對于工程師和計算機科學(xué)家開發(fā)新技術(shù)工具而言，自然是最大的靈感來源之一。在過去的十年左右的時間里，機器人學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出了無數(shù)機器人，它們受到蛇，魚，獵豹，鳥類，昆蟲和其他動物的行為和生物學(xué)機制的啟發(fā)。

北京理工大學(xué)的研究人員最近設(shè)計了一種新型的受生物啟發(fā)的機器人，該機器人可以使用類似尾巴的機制保持其平衡。該機器人由施普林格(Springer)在2020年中國智能系統(tǒng)會議論文集上發(fā)表的論文中介紹，由主體，兩個輪子和受尾部啟發(fā)的組件組成，可幫助其保持平衡。

機器人的“尾巴”由自適應(yīng)分層滑?？刂破骺刂疲试S它在平行于機器人車輪的區(qū)域內(nèi)沿不同方向旋轉(zhuǎn)。本質(zhì)上，該控制器定義并實現(xiàn)了類似尾巴的組件的移動，從而確保它們在機器人導(dǎo)航周圍環(huán)境時增強了機器人的穩(wěn)定性。

為了使機器人在動態(tài)或變化的環(huán)境中移動時保持平衡，控制器使用不確定性的估計值。人造“尾巴”以特定的模式運動，這些模式旨在提高機器人的穩(wěn)定性，并使用所謂的Lyapunov穩(wěn)定性定理進行計算。Lyapunov穩(wěn)定性是由俄羅斯數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家Aleksandr Lyapunov提出的描述動力學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性的理論結(jié)構(gòu)。

用于平衡兩個車輪的車輛的大多數(shù)現(xiàn)有方法都是通過使用慣性測量單元(IMU)收集車輛的車身高度數(shù)據(jù)來工作的。IMU是電子設(shè)備，可以測量作用在身體或物體上的比力以及角速度，方向等。平衡兩輪機器人的常規(guī)方法機器人通過控制器組件處理IMU設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，然后相應(yīng)地實施平衡策略，通常是通過調(diào)整傾斜角度來實現(xiàn)的。

盡管這些方法中的許多方法均取得了令人滿意的結(jié)果，但研究人員提出的設(shè)計提出了一種可行的替代方案，該方案無需通過輪式電動機來調(diào)整機器人的傾斜角度。它是現(xiàn)有的為數(shù)不多的增強輪式機器人平衡性的技術(shù)之一，同時考慮到了由動物的尾巴引起的環(huán)境不確定性。

研究人員通過一系列模擬評估了類似尾巴的機器人機制的有效性。他們的發(fā)現(xiàn)很有希望，因為當(dāng)機器人在此模擬環(huán)境中失去平衡時，人造“尾巴”能夠在大約3.5秒內(nèi)重新平衡。此外，他們發(fā)現(xiàn)他們創(chuàng)建的控制器組件對噪聲和干擾特別堅固。

將來，該研究人員團隊開發(fā)的類似尾巴的機制可能會被采用，以增強其他現(xiàn)有或新開發(fā)的機器人的穩(wěn)定性和平衡性。此外，作為這項研究的一部分而收集的發(fā)現(xiàn)可能會啟發(fā)其他機器人專家設(shè)計類似的尾巴狀部件。

到目前為止，北京理工大學(xué)的研究人員僅在仿真中評估了他們的自動平衡機器人，因此他們尚未確定其在有形物理環(huán)境中的有效性。在接下來的研究中，他們計劃構(gòu)建機器人的原型并進行進一步的實驗，以測試其在實際場景中的性能。

標(biāo)簽： 平衡機器人