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  • “智能设计的机器人进化”
    弗吉尼亚理工大学机器人与机械实验室是研究生和本科生机器人研究和教育的机构，重点研究新颖的移动机器人运动策略。

    我们的研究方向是机器人运动与操作、运动学与机构以及自主系统。
产品组合

  • 机器人

    • 船上自主灭火机器人

    • SAFFiR是一种仿生双足机器人，设计用于发现和扑灭海军舰艇上的火灾。SAFFiR由定制线性系列弹性驱动器提供动力，该驱动器包含定制钛弹簧。它将利用先进的传感器套件在烟雾、高温和水蒸气造成的恶劣环境中导航。SAFFiR设计用于使用许多可用的灭火方法，包括软管、灭火器和泥炭罐。它将被高温热屏蔽保护，设计用于穿越船舶环境，包括跨越门槛和在海况条件下行走等困难。该项目由海军研究办公室(ONR)赞助。

    • 具有学习智能的认知类人自主机器人

    • CHARLI是美国第一个全尺寸自主仿人机器人。它的机械设计允许实验不同的机械配置的影响，主要是在腿部，对双足行走和平衡的性能。CHARLI能够向各个方向行走，也能转身、踢腿、做手势和简单的上半身操作任务。各种各样的手和夹子已经被用于各种各样的物体或目标。

    • 具有智能的动态拟人化机器人

    • DARwIn(动态拟人智能机器人)是一个完全自主的类人机器人家族，能够双足行走并执行类似人类的动作。DARwIn由弗吉尼亚理工大学的机器人与机制实验室(RoMeLa)开发，是一个研究机器人运动和自主行为的研究平台，也是弗吉尼亚理工大学参加机器人世界杯比赛的基础平台。

    • 超冗余离散机器人关节蛇形机

    • 独特的蛇形机器人，利用一种新的运动方式爬上杆子或脚手架结构。

    • STriDER:自激式三足动态实验机器人

    • STriDER(自激式Tripedal动态实验机器人)是一种新型的三足步行机器人，它利用驱动被动动态运动的概念动态行走，具有高能量效率和最小控制。与其他被动动态行走机器不同的是，这种独特的三足运动机器人具有固有的三脚架姿态稳定性，可以改变方向，并且相对容易实现，使得它可以用于现实生活中的应用。

    • MiniHUBO:微型人形机器人

    • MiniHUBO (Miniature Humanoid Robot)是一种小型、经济适用的机器人平台。MiniHUBO是韩国科学技术院(KAIST)开发的HUBO的小型化版本。MiniHUBO的目标是开发一个负担得起的开放式研究平台，以扩展人类机器人领域的知识。MiniHUBO设计为易于制造和组装。MiniHUBO设计了一个灵活的控制单元，能够轻松集成传感器，以增加能力。

    • 带有弹性韧带的机器人气动手

    • RAPHaEL(弹性韧带气动机械手)是一种灵巧的机械手，由压缩空气提供动力，采用了波纹管状手风琴形状的新颖驱动器。手的每个手指都由连接到单一压缩空气管路的三个驱动器段驱动。当压缩空气由电磁阀触发进入驱动器时，手指的所有三个节段都会移动，当空气被切断时，手指通过附着在手指上的弹性部件恢复到原来的位置。手指的受力、位置和顺应性是由电子气压调节器通过每个手指尖端的弯曲位置传感器和力传感器的反馈来控制的。该机构大大简化了灵巧手的设计、控制和实现，并显著降低了成本，使其成为一种成本有效的假肢实用解决方案。

    • 用于研究和教育的开放式平台人形机器人

    • DARwIn-OP:一个用于研究、教育和推广的开放平台，微型人形机器人平台。本次年度研讨会的目标是:将DARwIn-OP引入类人机器人社区，扩大DARwIn-OP项目，形成用户社区;培训用户在研究、教育和推广活动中使用;传播在课堂上使用DARwIn-OP的结果;并从用户那里获得反馈，以便将来进行改进。

    • CIVT:基于凸轮的无级变速器

    • 基于凸轮的函数生成传动是一种新颖的机构，它有两个输入，一个角旋转输入和一个“齿轮传动比”选择，并输出一个具有可变速比的角旋转。该传动具有独特的特性，如产生特定的功能速比输出，包括蜗杆，为恒速输入。

    • IMPASS:具有主动辐条系统的智能移动平台

    • IMPASS (Intelligent Mobility Platform with Active Spoke System)是一种面向非结构化地形的轮腿混合运动机器人。利用带有单独驱动辐条的无框车轮，它可以沿着轨道等不平坦表面的轮廓，并跨过有腿的车辆等大型障碍，同时保留了车轮的简单性。由于它缺少腿的复杂性，并且具有较大的有效(轮)直径，这种高度自适应的系统可以在极端地形上轻松移动，同时保持可观的速度，因此在搜索和救援任务、科学探索和反恐响应应用中具有巨大潜力。

    • WSL:全皮肤运动

    • 全皮肤运动是一种新颖的移动机器人运动机制，灵感来自于单细胞生物的运动机制，利用细胞质流生成用于运动的假足。WSL的实施例通过一个拉长的环形体的方式工作，该环形体在一个单一的连续运动中将自身向外翻转，有效地生成阿米巴虫的细胞质流外质管的整体运动。

    • 火星:多附件机器人系统

    • MARS (Multi-Appendage Robotic System)是一种能够全方位行走和执行操作任务的六足机器人平台。LEMUR IIb是美国宇航局喷气推进实验室开发的一系列六足机器人中最新的一款，它的原型是LEMUR IIb，用于在零重力环境下对空间结构和飞行器的外部进行自主检查和维护任务。MARS也是一个通用的研究平台，用于研究在沿海地形和不平坦表面等困难环境下的机动性。

    • 压缩空气攀登检测机器人

    • CIRCA (Compressed Air climb Inspection Robot with Compressed Air)是一种独特的攀爬机器人，它利用McKibben空气肌肉爬上脚手架结构执行检查任务。通过将多个不同配置的CIRCA模块连接在一起，可以实现不同的运动方法。例如，一个“甜甜圈”结构将用于攀爬杆子，而一个螺旋结构将用于地面运动。

    • 大卫:为视障司机设计的示范汽车

    • DAVID(视觉受损司机示范汽车)是世界上第一款，也是唯一一款可以由盲人驾驶的汽车，是为了响应国家盲人联合会(盲人司机挑战)提出的倡议而开发的。通过在现有的车辆平台上开发和集成新的非视觉驾驶员界面，目标是为盲人提供他们从未体验过的独立程度。

  • 研究

      • 达尔文的Brain-A.I。一个踢足球的人形机器人

      • 该项目的目标是为多智能体的类人机器人DARwIns团队提供嵌入式人工智能，使他们能够参加国际机器人世界杯比赛。机器人世界杯是机器人和人工智能领域的一个里程碑式项目，提出了一个标准问题，即开发一支完全自主的人形机器人足球运动员队伍，在2050年之前击败人类足球世界冠军。该项目致力于构建一个能够执行视觉处理、实时传感器融合、高级行为管理、协作团队和动态稳定行走的双足步态生成的机器人控制体系结构。
        研究员:Jesse Hurdus

      • 小型人形机器人稳定的全方位行走发动机

      • 本研究的目标是实现全向稳定运动。全向运动是指无论机器人的方向如何，都能向任何方向移动的能力。这在动态环境和受限空间(如机器人足球)中是一个巨大的优势。我们将使用身体跟踪在线ZMP参考来稳定行走。所有的高级程序都将用MATLAB编写，底层的硬件接口将用c++实现。在本研究中，网络机器人将用于模拟目的。
        研究员:宋承文

      • 皮尔:类人-大学可访问的基础设施，以提高能力

      • 该项目与来自德雷塞尔大学、宾夕法尼亚大学、斯沃斯莫尔大学、布林莫尔学院的研究人员以及国际合作伙伴韩国先进科学技术研究院(KAIST)的研究人员合作，将汇集来自美国和韩国的领先机器人专家，共同推进最先进的类人机器人技术。该项目的基础设施将产生深远而广泛的影响，并将使人形机器人能够工作并与人类进行社会互动。虚拟Hubo、迷你Hubo和远程操作Hubo试验台正在开发中。这个五年项目的预算为250万美元。
        研究人员:Jeakweon Han, Karl Muecke

      • 人形机器人的运动分析滤波器

      • 分析运动滤波器(AMF)取人形的参考运动，在保持尽可能多的参考运动的同时，稳定其他不稳定的运动。解析解将为机器人系统的稳定性提供洞察，否则在数值优化方案中很难识别。具体目标是:稳定参考运动，同时保留尽可能多的特性;在仿真和仿人机器人平台上，使用人体动作捕捉数据、运动学合成数据和动画软件中的运动数据验证过滤器;并对类人机器人系统的稳定性提供了见解。
        研究员:Karl Muecke

      • 达尔文:双足机器人的精确圆周行走

      • 每当双足机器人需要转弯时，能够沿着任意的半径曲线稳定而精确地行走将是非常有益的。这促使我们在旋转坐标系下推导新的ZMP约束方程，在此基础上寻求合适的动态步态，并解决正运动学和逆运动学问题。本文提出了一套包括瞬态步行模式的动态步行模式，并将其应用于转弯运动实例。动态仿真证明，即使在存在分布质量和地面接触效应的情况下，这种模式也是成功的，并将使用DARwIn人形机器人平台进行实验。

        研究人员:Seungchul Lim博士，Karl Muecke

      • DARPA城市挑战赛自动驾驶汽车的开发

      • “Odin”是VictorTango团队参加2007年DARPA城市挑战赛的参赛作品，这是一项城市环境中的自动驾驶地面车辆竞赛。该团队包括46名本科生，8名研究生，4名教师，5名全职TORC员工和行业合作伙伴，包括福特汽车公司和卡特彼勒公司。VictorTango团队成功完成了DARPA城市挑战赛的决赛，以50万美元的现金奖金获得第三名。在比赛中，奥丁能够在没有人为干预的情况下驾驶几个小时，通过十字路口的停车标志，融入和穿过车流，停车，并保持道路速度。

        研究人员:Jesse Hurdus, Shawn Kimmel, Team VictorTango

      • 职业:全皮肤运动:结构设计和执行机构开发

      • 这个研究项目的目标是开发一个模型，我们可以施加致动器力，并预测独特的全皮肤运动(WSL)机器人的最终形状和运动。目的是:了解用于膜表面的有限元模型，并采用适当的加载策略实现合适的模型;找出机器人的最终几何形状，并在给定环境和驱动器负载的情况下预测其运动;开发一个分析解决方案，并将其与有限元分析结果进行比较，以深入了解驱动该机器人的基本机制。
        研究员:Derek Lahr

      • 职业生涯:全皮肤运动:一种增量加载的有限元模型的发展

      • 这个研究项目的目标是开发一个模型，我们可以施加致动器力，并预测独特的全皮肤运动(WSL)机器人的最终形状和运动。目的是:了解用于膜表面的有限元模型，并采用适当的加载策略实现合适的模型;找出机器人的最终几何形状，并在给定环境和驱动器负载的情况下预测其运动;开发一个分析解决方案，并将其与有限元分析结果进行比较，以深入了解驱动该机器人的基本机制。
        研究员:Derek Lahr

      • 基于螺旋理论的三维运动学分析

      • IMPASS是一种轮腿混合机器人，可以通过独立伸展或收缩每个轮子的三个驱动辐条在非结构化环境中行走。本项目目前的研究目标是:基于不同地面接触点对IMPASS拓扑结构进行分类;采用传统的和基于螺钉的改进Grübler和Kutzbach准则对不同配置情况下的迁移率进行分析;IMPASS关键拓扑方案的正逆位置分析;基于螺旋理论的奇异位形识别与研究以及基于螺丝的雅可比矩阵分析。
        研究人员:王亚、任平

      • IMPASS:粗糙地形运动的反应和审慎运动控制

      • 本项目研究新型驱动辐条轮机器人IMPASS的运动规划策略。具体目标是:为地形传感和非地形传感配置开发非结构化地形下的二维和三维运动规划策略;通过仿真和实验验证运动规划策略;提高硬件平台的能力，包括移动重心、机载计算机和电源、坚固的车身和组件;开发精确可靠的地形传感和物体识别感知单元，包括激光测距仪和相机。
        研究人员:Shawn Kimmel, Blake Jeans

      • 步行者:步态规划和站立策略

      • 本研究调查了新型三足机器人STriDER的站立策略。STriDER独特的结构和操作使得简单的站立任务具有挑战性:由于大力矩臂，机器人的相对高度和长四肢需要执行机构提供大扭矩;关节的配置和四肢的长度限制了脚可以放置的工作空间;紧凑的设计的关节允许有限的执行机构扭矩;四肢的数量不允许在站立的过程中有额外的支撑和稳定性。研究了五种策略:三英尺俯卧撑、两英尺俯卧撑、一英尺俯卧撑、螺旋俯卧撑和脚滑动俯卧撑。
        研究员:Ivette Morazzani

      • STriDER:其并联构型的运动学分析

      • STriDER(自激式Tripedal动态实验机器人)是一种独特的三足步行机器人。当不行走时，STriDER可以被建模为一个三分支并联机械手，假设所有三个脚接触点都固定在地面上，没有滑动。从运动学分析中得到的结论将用于动力学分析和运动规划。具体研究目标为:求解逆位移和正位移问题，建立雅可比矩阵，识别奇异点，提出基于冗余驱动的消除方法。
        研究员:任平

      • 攀爬者:钢丝绳悬挂肢体智能匹配行为机器人

      • 攀爬者(钢丝绳悬挂肢体智能匹配行为机器人)是一种用于攀爬非结构化悬崖的机器人。利用多接触力分配算法，并通过调整其姿态的稳定性。攀登者使用匹配行为(在一个点或点上交换脚到脚、手到脚或手到手)来计划每只脚的位置。“攀登者”有三个3DOF的四肢，一个带电缆的绞车，很快还会有一个微型激光测距仪来感知地形几何形状，以便规划。该项目由NSF作为REU项目赞助。
        研究员:Brad Pullins

      • 腿运动的硬件加速非线性预测控制

      • 我们计划通过实现一种新的混合硬加速非线性预测控制体系结构来实现足式机器人的自适应和弹性运动。这项努力将是更大规模合作研究的第一步，研究动物运动控制神经系统中的等级关系;特别是，了解高水平中心的预测能力如何调节低水平中心的步态生成，并将这一知识转化为自适应和弹性步态生成的工程设计原则。1.3高的人形机器人CHARLI将被用来测试控制系统。
        研究员:乔·海斯

      • 压缩空气攀登检测机器人

      • CIRCA (Compressed Air climb Inspection Robot with Compressed Air)是一种独特的攀爬机器人，它利用McKibben空气肌肉爬上脚手架结构执行检查任务。该原型设计在2008年的cai(压缩空气和天然气协会)创新奖设计竞赛中获得了第一名，奖金为10500美元。目前研究项目的重点是连续体力学和运动生成算法的分析，而全尺寸原型是由一组高级本科设计项目学生开发。
        研究员:Nick Thayer

      • 机械手臂的自动校准和直观控制

      • 与OpenTech公司(机械手SBIR一期)合作后，HyDRAS-Arm(超冗余离散机器人关节蛇形臂)是一种9+ DOF蛇形机械臂，通过全3D形状发送“形状带”进行远程操作。机械臂自动校准和直观控制(AIMs)是一种软件系统，使用实时遗传算法提供仿真、可视化和高级控制的机器人机械臂。
        研究员:Mark Showalter

      • hydras上升:攀杆蛇形机器人的设计与分析

      • 通过使用一系列螺旋构型的驱动万向节，HyDRAS(超冗余离散式机器人铰接蛇形)可以缠绕在极点上，并利用模块之间的相对平衡运动推动自身沿极点结构运动。目前的研究重点是寻找设计与运行参数之间的关系进行优化。此外，力和扭矩分析正在完成。一组大四本科生设计团队也正在开发一个全尺寸的机器人原型。
        研究员:Gabriel Goldman

      • CIVT:基于凸轮的无级变速器

      • 基于凸轮的无极变速传动(CIVT)是一种新型的、高度可配置的棘轮无极变速传动(IVT)，利用基于行星齿轮组操作的三维凸轮(专利正在申请中)。它在操作和可能的应用方面都是独特的。它结合了一个行星齿轮组和一个IVT到一个包的灵活性。与其他棘轮ivt不同的是，对于均匀的输入产生非均匀的输出，这种传输可以塑造输出以匹配许多周期波形。因此，这种棘轮传动具有独特的能力，产生均匀和连续的输出。
        研究员:Derek Lahr

      • ReCoM:转动柔性机构设计方法

      • ReCoM是一种新型柔性旋转关节，适用于微观和宏观规模的应用(专利申请中)。该装置是一个简单的，单片，和平面机构，其中包括许多相互连接的柔性辐条，径向定位在轮毂和轮辋之间。由于独特的连杆系统连接辐条，当扭转载荷施加到轮毂时，它们会弯曲，但对径向载荷保持刚性。柔性机构还具有零回隙，低成本，不磨损，使其非常适合在恶劣环境中使用，并可作为MEMS中传统机械系统的替代品。
        研究员:Derek Lahr

      • MARS:工作空间分析和六足步态生成

      • 多附件机器人系统(MARS)是一个六足机器人平台，灵感来自喷气推进实验室的LEMUR IIa机器人。MARS的每六个肢体都包含一个3DOF运动球形近端关节和一个1DOF远端关节。生成这种多肢机器人的步行步态需要对肢体的运动学，包括它们的工作空间有全面的了解。在本研究中，我们开发了从简单的二维几何到复杂的三维体积的MARS肢体在膝盖以上构型的工作空间，分析了其在平坦平面上行走时的局限性，并将其应用于自适应步行步态算法的开发。
        研究员:Mark Showalter

    • 基于CPG的非结构化地形步态生成

    • 研究员:罗伯特·梅奥

      • 惯性驱动被动动态爬坡轮式机器人

      • 研制了一种新型轮式机器人，该机器人采用惯性驱动滑动弹簧-质量系统，在不需要主动驱动的情况下提高了机器人的机动性。机器人的加速和减速使滑动物体向前或向后移动，完成推动机器人跨越一个台阶所需的上升和降落动作。随着滑动质量的移动，机器人的有效重心将发生变化，弹簧的反作用将给机器人增加额外的扭矩。如果设计得当，这些效果可以让机器人把轮子抬离地面——一次一个轴——并跳过台阶。
        研究员:约翰·汉弗莱斯

      • 一种面向复杂自主机器人应用的可移植行为编程方法

      • 在本研究中，开发了一种行为编程方法，为设计者提供了一种直观的方法来构建上下文智能，同时保留了传统基于行为的编程中出现的紧急行为的质量。这是通过使用改进的分层状态机进行行为仲裁，并使用命令融合机制进行合作和竞争控制来实现的。本文从跨平台、任务和功能需求的可移植性方面分析了这种提出的方法。具体来说，两个具有里程碑意义的案例研究，DARPA城市挑战赛和国际机器人世界杯比赛进行了研究。
        研究员:Jesse Hurdus