磁力机器人:磁轴承和伺服电机

bot2.jpg图片来源:《超能陆战队》截图,下同。

小宏制作的机器人由三个磁轴承伺服电机(magnetic bearing servo)组成,一出场就大显神威。三个电机单元可以在几乎任何一点以磁力相互连接,组合成无数不同的功能体。这是一种由奏京理工学院(San Fransokyo Institute of Technology)石岡伊藤(ITO ISHIOKA)机器人实验室的卡拉汉(Callaghan)教授发明的技术,所以在现实里是不存在的,咳咳。

不过,磁轴承和伺服电机倒都是现实世界存在的技术。

磁轴承的概念非常简单:任何存在相对运动的接触面都会产生摩擦,轴套产生滑动摩擦,滚珠轴承则通过将滑动摩擦转换为滚动摩擦来大大降低摩擦力。那么,当用磁力将存在相对运动的接触面分离时,这两个相对运动的物体间就没有摩擦了。磁轴承和普通滚珠轴承的差距相当于磁悬浮列车和高铁的差距。下图就是一个简易的磁轴承实例

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伺服电机是一项非常常见的技术,就是带有位置反馈的电机。只要是能通过某种方式把电机输出轴所处的位置告诉电机,让它能够维持在那个位置,就可以叫做伺服电机。图为伺服电机中最常见的类型,在几乎所有的遥控玩具或者机器人玩具里都有。由于经常被用来控制遥控飞机和遥控船的舵面方向,所以又称舵机。

bot3.png图片来源:作者提供

顺便说,想知道天才机器人少年都看什么书吗?

喏,电脑右手边的是《工程电磁铁问题与解答》。

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书架上的是《面向对象编程》,《数学》,《化学》,《微积分概念》,两本《量子物理》,  《生物学》,以及《趣味微分方程》 。

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但说到底这一切的来源是那个机器人实验室,所以还是来随着小宏探访一番吧。

机器人实验室:梦想之地

小宏跟着哥哥来到奏京理工学院……

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……抵达石岡伊藤机器人实验室,这个在他看来是“书呆子实验室”的地方。

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画面中央,就是“滚滚鸡蛋”(GoGo Tamago)——哦不,“神行御姐”姐姐的自行车。

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鸡蛋姐姐一直在制作电磁悬挂的自行车。核心原理和磁悬浮、磁轴承也差不多,基本上就是靠电磁力稳定轮子和车架的相对位置,当在崎岖地面骑行时,一旦轮子受外力作用离开了设计的位置,离开越远,由车架发出的电磁场产生的回复力就越大,就能越快把轮子推回设计位置(也就是传说中的平方反比定律),也就能起到减震的作用。

接下来是打乒乓球的机器人:

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如果你像我一样逐帧步进看这一段的话,就会发现画面中间的MM还扔了第二个乒乓球到台子上,两台机器人同时打两个乒乓球。另外,其实影片里有个bug:这两个打乒乓球的机器人周围没有任何视觉系统。除非这两台机器人是串通一气双人舞,靠事先编好的行动挑战吉尼斯乒乓球回合数最高记录,否则就像两个盲人打乒乓,不可能接的住球。

说到工业机器人打乒乓球这件事,全球工业机器人四大巨头之一的KUKA去年为了上海工厂的开幕,特别安排了一场旗下的AGILUS机器人和前乒乓球世界冠军蒂莫·波尔(Timo Boll)(是的,乒乓球世界冠军里也有德国人)对决,可惜……是加特技的。

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顺便说,第二年波尔同学还和AGILUS同台竞技比赛酒杯演奏音乐……

乒乓球作为被中国人统治的运动,中国的机器人打乒乓打得最好也是理所应当。由浙江大学研发的机器人“悟”和“空”应该算是机器人里的乒乓冠军了吧。

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没有特效了看起来就是不过瘾……

和人对战也没问题

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还会正反手切换呢。

往这条路上走得最远的,应该还是东京大学石川渡边研究室(ISHIKAWA WATANABE LAB):他们做了一系列基于高速相机和高速机械臂/机械手的研究,包括棒球机器人。如果你有机会去东京的话,在台场的科学未来馆里常设着一个石川渡边研究室的高速机械手,可以抓住你弹射过去的乒乓球。

言归正传,回到奏京理工:

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右边这个半人高的圆环是碳纤维编织机,可以用于直接编织出三维的碳纤维结构,最早被发明出来用于制造汽车零件,现在也有用来造自行车车架的。

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目睹编织机一点点织出来是相当酷炫的

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再来看看右边的这只飞猫(是的,还是这一景,因为东西太多了):

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有人说遥控飞猫的哥们就是托尼·史塔克……照这么说漫威超级英雄都是奏京理工的校友就对了。这种个人飞行装置全球有好些公司在做,其中最接近商业化的Martin Jetpack公司,即将被总部位于深圳的光启科学控股。

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这种飞行装置简单来说就是两个巨大的函道风扇,但是在平衡控制上下了很多功夫,所以结论就是蜀黍有练过,小朋友们不要在家自行模仿。

虽然喷气背包还没有商业化的产品出炉,但喷水背包则已商业化成功,作为娱乐设施供人游玩了

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接下来是前景中的爬楼梯机器人,还加了一个平衡装置让人能站在上面。我见过它的原型但是怎么也找不到视频了,远目……

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(顺便说,猫已经落回史塔克(?)的手中了)

但现实中的爬楼梯机器人也是有很多的。

有正常的:

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有蠢萌的:

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有更加蠢萌的:

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有蠢萌到无以复加的……

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继续实验室之旅。接下来是芥末无姜(Wasabi-No-Ginger),哦不,是“芥末无疆”的实验:

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芥末君在研究一种激光引导的等离子束,这种危险并容易引火烧身的设备,貌似比较受到军方的关注。下图是现实中的激光制导等离子测试——用脉冲激光将一段空气离子化,然后就可以往里丢能量了。

laser_induced_plasma.jpg现实中的等离子束。图片来源:wired.com

再然后是蜂蜜柠檬(Honey Lemon,哈尼柠檬)姐姐的大圆球:

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作为一名化学研究僧,柠檬姐姐居然弄了180多公斤的碳化钨,仅仅用来做“化学金属脆化”实验。碳化钨非常硬,莫氏硬度接近9(金刚石是10),经常用来作为加工金属的钻头和铣刀的材料。按照今天碳化钨粉末265元/kg的价格,这一坨碳化钨就是5万人民币啊……这么壕的情节,难道是编剧里有曾经的科研工作者用电影弥补当年穷酸的心情?

(以及机器人实验室里弄这么一位化学研究僧来是要做什么……)

终于,我们进入了哥哥泰迪的实验室。

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上图左侧地上的机器人比较像某个救援机器人的上半身,而下图左边这个白色的机械臂应该是一个动作捕捉用的输入设备,可以将机械臂末端的动作通过关节角度记录下来。

那么接下来,最激动人心的大白!——请看下集。

来打我呀。(编辑:Ent)

转自果壳

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