导读：四足机器人依靠四条腿行走，在巡检、运输和搜救等任务中的应用日益广泛。然而，与轮式机器人的滚动运动相比，四足机器人重复的腿部运动消耗的能量要多得多，因此提高能量效率极具挑战性。一种降低能耗的策略是在四肢中使用弹簧或其他弹性元件，以便在足部着地时储存冲击能量，并在蹬地时释放。然而，在低速行走时，大部分储存的能量会被耗散掉，而不是用于向前运动，这不仅降低了效率，还可能导致机器人不稳定。
2026年8月3日，为了应对以上挑战，来自韩国首尔国立科技大学机械系统工程学院的朴根博士和金正烨博士开发了一种多孔三周期最小表面（TPMS）机器人脚垫装置，能够储存和释放冲击能量。他们将这种柔性足与深度强化学习控制器相结合，控制器能够学习如何在行走过程中利用足部储存的弹性势能。凭借这种方法使得机器人在0.4至1.0米/秒的行走速度下，将电池功耗降低了高达6.2%。
TPMS晶格结构足垫可在行走过程中储存和释放冲击能量，结合深度强化学习控制器，足垫装置可将电池功耗降低高达6.2%。
相关研究以题为“Energy-efficient Quadruped RobotLocomotion Via
TPMS-Based Foot Design and Deep Reinforcement
Learning”的论文发表在《国际精密工程与制造-绿色技术杂志》期刊上，由Kang-Hui Lee, Jung-Yup Kim&
Keun Park等人联合撰写。
Park博士说：“通过调节足部刚度并利用被动能量吸收和释放，所提出的方法为传统的腿部弹簧机构提供了一种切实可行的替代方案。”TPMS结构是一种轻质多孔材料，由重复的三维网络构成，具有高刚度和优异的能量吸收性能。独特的力学性能使其应用范围广泛，涵盖了从无气轮胎到软体机器人系统（如抓取器和关节）等领域。研究人员设计并3D打印了三种半球形胎压监测系统（TPMS）支脚——原始型、螺旋型和菱形——并通过压缩测试评估了它们的能量存储和能量释放性能。在三种设计中，相对密度为60%的菱形设计因其优异的柔韧性、能量吸收能力和最小的能量损失而被选中。
为了使机器人能够充分利用储能足部，研究人员采用了深度强化学习技术。控制器会根据不同行走策略的能量消耗情况进行评估，同时考虑TPMS足部在行走过程中的压缩和回弹情况。这使得机器人能够协调步态与足部的能量储存和释放，从而减少电机所需的工作量。研究人员随后在配备优化型TPMS足部的商用机器人上测试了训练好的控制器。与传统的实心机器人足部相比，TPMS足部在0.4至1.0米/秒的行走速度范围内，电池功耗降低了1.4%至6.2%。此外，机器人还保持了稳定的运动状态，表明控制器有效地利用了柔性足部储存的被动能量，同时最大限度地减少了不必要的校正动作。
论文合作者Kim博士说：“这些结果表明，TPMS 超结构如果通过基于学习的控制进行正确建模和利用，可以作为节能四足动物运动的有效能量塑造组件，”。本研究有助于开发更安静、更节能的四足机器人，用于室内服务、检查、物流和其他实际应用。
来源：南极熊
0 留言