BigDog机器人：基于传感器的人类能力增强

Boston Dynamics公司是脱胎于美国麻省理工学院的又一个伟大公司，不仅开发出了行动时具有动物力量和敏捷性的机器人，还开发出了能够爬垂直墙壁的其它机器人以及能够在狭窄空间中操控的变形机器人。所有这些设备都是放大和改进了动物与人类的能力，可执行类似超人的任务。
 

本文主要介绍这些创造物中的一种——BigDog，这是一个长有四条腿、三英尺高和三英尺长、重240磅的狗型机器人，它可以爬上泥泞的斜坡，并能承载340磅的负重。

BigDog是一个长有四条腿、三英尺高和三英尺长、重240磅的狗型机器人(照片由Boston Dynamics公司提供)

共有50个传感器向计算机馈送信号，帮助维持机器人的平衡和方向(照片由Boston Dynamics公司提供)

 

BigDog采用了一个15马力的微型赛车用引擎。该引擎由一个两冲程/单缸发动机组成，采用水冷方式工作，可给液压系统供电，使之操控机器人的四条腿。这些腿是设计师仿照大型哺乳动物的自然动作设计的。

 

机器人的腿是设计师仿照大型哺乳动物的自然动作设计的。(照片由哈佛大学Concord Field Station提供)

 

共有50个传感器给计算机馈送信号，帮助机器人保持平衡和方向，并在跌倒或被迫偏离既定路线时帮助机器人恢复。

BigDog的重要外部功能是性能的关键(照片由Boston Dynamics公司提供)

惯性传感器

惯性传感器用于测量狗的姿势和加速度，关节传感器测量在关节处工作的致动器动作和力量。板载计算机从这些传感器收集信息，并提供对BigDog在空间中如何移动的估计。还有其它传感器监视BigDog的动态平衡：液压、流速和温度、引擎速度和温度。

机器人通过众多传感器感知空间(照片由Boston Dynamics提供)

 

在WordPress上发表的M.Wonders Masters论文《The body and the senses: the perception of space（身体与感觉：空间感知）》中引用了Brian Massumi的话，他介绍了在我们的身体中三种不同层次的感觉是如何产生我们的真实感体验的。他把这三个层次称为外在感觉、本体感觉和内在感觉。外在感觉包括视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉。Massumi认为本体感觉“将身体遇到物体时的行动和放松转换为肌肉的关联性记忆”，而内在感觉也称为内心感觉，“会立即记录由5个外在感觉收集到的刺激，甚至在它们被大脑完全处理之前。”这三种不同层还对应三种不同类型的主－客观关系。

 

虽然外在感觉以更单向的方式涉及物体与空间，但本体感觉Massumi认为代表了“没有图像的身体的”空间感，而内在感觉完全是临时性的。虽然动作必须被中断，以便被眼睛捕捉到而成为图像，但本体灵敏度通过运动而存在，因此更接近在真实过去和真实未来之间存在的由身体“变成的”虚拟空间。Massumi称之为事件，由纯关系表征，并充满潜力和变形能量。作为内在的内心感觉与时间的关联程度超过空间，因为它是暂停的感觉，将中断作用-反作用过程，在此期间来自感觉的输入经过我们大脑的详细描述而变得具有空间感。

动态平衡是身体或细胞的一种能力，在遇到外部变化时它能在内部环境中寻求并保持平衡或稳定的状态。

 

适应地形

板载计算机同时执行低层和高层控制功能。低层控制系统操纵关节处的位置和力量服。高层控制系统协调腿的行为来调节身体在移动过程中的速度、姿势和高度。控制系统还通过调节地面互作用力来保持支撑、推力和牵引力。

BigDog以两种方式来适应地面。它通过调整身体高度和姿势来适应局部地势，并调整脚步步伐来补偿机器人身体的方向和相对于重力的地平面。控制系统在爬坡时依靠四足前进，在下坡时使身体后倾，在沿等高线行走时向侧面倾斜。控制系统通过细微调整身体姿势来适应小至中等的斜坡，另外再通过调整步态和使用更小步距来适应超过45度的陡坡。许多这些仿真结果都在真实的BigDog机器人上得到了再现，除了非常陡的爬坡外，因为此时实际牵引力限制了性能。

激光雷达跟踪

激光雷达跟随穿着特殊背心的引路人(照片由Boston Dynamics提供)

 

BigDog不用直接驱动也不用GPS就能跟随引路人：

—引路人穿戴反光标志
—较弱的激光雷达用于定位引路人并产生控制信号
—BigDog以近似固定距离跟随

BigDog的未来

设计师正在继续努力，希望机器人能应对更粗糙的地形、具有更好的自动恢复功能、更安静的操作和更高的自治性。请继续留意BigDog的更多奇遇！