機(jī)器人SpaceBok正在歐洲宇航局ESTEC技術(shù)中心進(jìn)行測試

據(jù)悉，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和蘇黎世應(yīng)用科技大學(xué)的學(xué)生團(tuán)隊為太空探索而設(shè)計的四足機(jī)器人SpaceBok，正在歐洲宇航局的ESTEC技術(shù)中心進(jìn)行測試。該機(jī)器人被設(shè)計用于在月球或者小行星等低重力體上行走。

Spacebok的動態(tài)行走仿生了跳羚實現(xiàn)快速移動的跳躍步態(tài)，其名稱也來自太空（Space）和跳羚（Springbok）兩個單詞的結(jié)合。SpaceBok的招牌太空步是連續(xù)的跳躍移動，非常具有節(jié)奏感。

SpaceBok在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面更加的緊湊和輕量化，以減小發(fā)射成本，具有以下幾個特點：使用高功率密度的力矩電機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動單元，不僅可以減小驅(qū)動單元的重量，同時大力矩低減速比的驅(qū)動配置非常有利于關(guān)節(jié)的力矩控制；采用一體化彈簧可以有效地緩解四足機(jī)器人著地時各足端的沖擊力實現(xiàn)安全降落，同時進(jìn)行儲能，使機(jī)器人的下一次跳躍更高，從而減低關(guān)節(jié)的驅(qū)動功耗，提高了SpaceBok的續(xù)航能力；大量使用碳纖維結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)機(jī)器人本體的輕量化設(shè)計，同時也保證了四足機(jī)器人的強(qiáng)度；可完全折疊的腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以有效地減小運輸空間；借鑒傳統(tǒng)衛(wèi)星的姿態(tài)控制裝置，研究人員在四足機(jī)器人的軀干位置安裝了反作用輪，通過它的加速和減速控制Spacebok的平衡。

為了驗證SpaceBok在月球上的平衡穩(wěn)定控制算法和跳躍性能，歐洲宇航局技術(shù)中心搭建了模擬月球重力加速度的實驗裝置。該機(jī)器人從側(cè)面被固定在了一根與水平面成一定夾角的斜向?qū)к壣?，?dǎo)軌的最低端固定了一塊與斜向?qū)к壌怪钡哪景逵糜谀M月球的地面。機(jī)器人從導(dǎo)軌高側(cè)向低側(cè)滑下來的加速度就是重力加速度沿斜向?qū)к壏较蛏系姆至?，因此只要斜向?qū)к壟c水平面的夾角合適，就能保證機(jī)器人沿導(dǎo)軌下滑的加速度是重力加速度的1/6，從而實現(xiàn)機(jī)器人在月球環(huán)境中的模擬。

雖然目前SpaceBok在模擬的月球環(huán)境中的跳躍高度只有1.3m，還沒有達(dá)到預(yù)期的2m，但是其能很好的利用軀干位置處的反作用輪實現(xiàn)空中和著地時刻的姿態(tài)控制。

為了進(jìn)一步模擬小行星非常低的重力環(huán)境，SpaceBok的側(cè)身被安裝在了一個自由浮動平臺上，保證其在除側(cè)身方向外的另外兩個方向上沒有重力加速度。當(dāng)SpaceBok從一側(cè)墻壁往另一側(cè)墻壁運動時，它的反作用輪能夠控制它準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)軀干以保證足端（而不是軀干）與另一側(cè)墻壁發(fā)生碰撞，從而讓它再次落到另一側(cè)墻壁，如此周而復(fù)始的運動模擬了低重力環(huán)境下單個表面的連續(xù)跳躍。

目前，SpaceBok在歐洲宇航局的測試進(jìn)展順利，后續(xù)將在包括障礙物、丘陵地形和真實土壤的環(huán)境中測試以及戶外測試。