卡内基梅隆大学：以海星为灵感的水下行走软体机器人，不受束缚可定位追踪！

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软体机器人具有柔软，灵活，可拉伸的优点。由于其固有的可变形性，机器人可以更安全，更稳定地与周围环境交互。然而软机器人本身的非线性和复杂性使控制策略变的困难。尤其是当软体机器人与庞大沉重的控制机构和电缆连接，这大大限制了机器人的灵活性。

目前，科学家们致力于研究出摆脱沉重的控制系统的方法。将微型控制系统与软体机器人集成于一体，形成了一个非常好的解决方案。

卡内基梅隆大学的研究人员受到海星的启发，将微型控制系统与软肢体结合，创造了一种不受束缚的软机器人PATRICK，该机器人有五条腿，可以使用由形状记忆合金（SMA）线驱动在水下爬行。

PATRICK机器人的设计

PATRICK的五条腿由选择形状记忆合金（SMA）嵌入硅橡胶中的肋状切口制成，长10厘米，椭圆形截面为1.9x 0.9厘米。当向SMA施加电流时，弹簧自由收缩，从而带动硅橡胶肢体结构弯曲。通过控制和驱动多个肢体，可以达到多种行走状态。

PATRICK机器人的身体由电源和控制电子设备组成，被包裹在一个与水隔绝的硅胶套中。它由Laird BL652模块控制，该模块包含一个蓝牙天线和一个nRF52832微控制器。微控制器通过异步收发传输器（UART）发送来自计算机的控制指令。研究人员将机器人的五条腿分别连接到相应的金氧半场效晶体管（MOSFET）上，然后将其连接到中央控制板。在驱动肢体内嵌入的SMA时，电流流过对应的金氧半场效晶体管，通过焦耳热引起肢体的形状转变。

视觉追踪反馈控制

PATRICK上的嵌入式开源软件与连接到计算机的微控制器进行通信。PATRICK上的两个彩色标记点可以在2D空间中确定其主体在全局中的位置和方向帧。基于机器人操作系统和外部摄像机可跟踪PATRICK上的彩色标记点以提供反馈，从而控制机器人的运动。

机载软件将每个形状记忆合金执行器作为有限状态机进行操作。每个SMA命令以（ON，OFF）的形式发送到PATRICK。通过改变激活SMA的时间，运动计划系统可以控制腿在各个方向上的弯曲。板载安全计时器在超时后跳闸，如果在一定时间内未收到OFF命令，则会停用每个SMA，从而防止执行器烧毁。

PATRICK机器人的平均速度可达1 cm / s，与海星的速度范围相同（大约0.5-2 cm / s）

总结与展望

PATRICK机器人可以通过反馈控制准确地接近所需位置。通过对高级运动进行迭代并利用基于视觉的状态反馈，可以大大改善开环行为，并允许机器人执行有用的高级任务。

未来的工作将集中在扩大任务的多样性和开发控制系统的技术上。例如，通过使用更复杂的触觉感应和图元进行抓取，该平台可以潜在地导航到被淹没的物体，将其捡起并将其移动到另一个位置或以其他方式操纵该物体。

原文链接：

https://arxiv.org/abs/2003.13529

论文题目：

AnUntethered Brittle Star Robot for Closed-Loop Underwater Locomotion

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