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  • “智能设计的机器人进化”
    弗吉尼亚理工大学的机器人与机械实验室是一个为研究生和本科生进行机器人研究和教育的机构，重点研究新型移动机器人运动策略。

    我们的研究兴趣集中在机器人运动与操作、运动学与机构、自主系统等领域。
产品组合

  • 机器人

    • 舰载自主灭火机器人

    • SAFFiR是一款仿生双足机器人，用于寻找和扑灭海军舰艇上的火灾。SAFFiR由定制的线性串联弹性驱动器提供动力，并结合了定制的钛弹簧。它将利用先进的传感器套件，在烟雾、热量和水蒸气造成的困难环境中导航。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。它将受到高温热屏蔽保护，设计用于穿越船舶环境，包括在海况条件下跨越槛和行走等困难。该项目由美国海军研究办公室(ONR)资助。

    • 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人形机器人。它的机械设计允许实验不同的机械配置，主要是腿部，对两足行走和平衡的性能的影响。CHARLI能向各个方向行走，还能转身、踢腿、做手势和简单的上半身操作。各种各样的手和抓手已经被用于各种各样的物体或目标。

    • DARwIn:动态拟人智能机器人

    • DARwIn(动态智能拟人机器人)是一个完全自主的类人机器人家族，能够两足行走并执行类似人类的动作。DARwIn由弗吉尼亚理工大学机器人与机械实验室(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进入机器人世界杯比赛的基础平台。

    • 超冗余离散机器人铰接蛇形机器人

    • 独特的蛇形机器人，利用一种新的运动方式爬杆或脚手架结构。

    • STriDER:自激三足动态实验机器人

    • STriDER(自激三足动态实验机器人)是一种新型的三足步行机器人，它利用被动驱动动态运动的概念实现了能量效率高、控制最小的动态步行。与其他被动动态行走机器人不同，这种独特的三脚架运动机器人具有固有的稳定性，可以改变方向，且相对容易实现，可用于实际生活应用。

    • 微型人形机器人

    • MiniHUBO (Miniature Humanoid Robot)是一种小型、经济、适应性强的机器人平台。“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和开放式的研究平台，以扩大人类机器人领域的知识。MiniHUBO的设计简单，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。

    • 带弹性韧带的机械空气动力手

    • RAPHaEL(带弹性韧带的机械空气动力手)是一种灵巧的机械手，由压缩空气驱动，它有一个像波纹管一样的手风琴形状的新颖驱动器。手的每个手指由三个连接到单一压缩空气管道的驱动器段驱动。当由螺线管触发的压缩空气进入致动器时，手指的三个部分都会移动，当空气被切断时，手指上的弹性元件会将手指恢复到原来的位置。通过每个手指尖端的弯曲位置传感器和力传感器的反馈，由电子空气压力调节器控制手指的力、位置和顺应性。该机构大大简化了灵巧手的设计、控制和实现，并大大降低了成本，使其成为一种具有成本效益的实用解决方案，用于假肢。

    • 用于研究和教育的开放平台人形机器人

    • 一个开放平台，用于研究、教育和推广的微型人形机器人平台。这个年度研讨会的目标是;将DARwIn-OP引入人形机器人领域，拓宽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;在课堂上推广使用DARwIn-OP的结果;并获得用户的反馈，以便日后改进。

    • CIVT:凸轮式无级变速传动

    • 基于凸轮的函数生成传动是一种新颖的机构，它采用两个输入，一个角旋转输入和一个“齿轮传动比”选择，输出一个角旋转与变速比。这种变速器具有独特的特点，如产生特定的功能速比输出，包括住宅，为一个恒定的速度输入。

    • 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高机动性轮-腿混合移动机器人。它利用带有单独驱动辐条的无框车轮，可以沿着像履带一样的不平表面的轮廓，并在保持车轮的简单性的同时跨越像有腿的车辆这样的大型障碍。由于它没有腿那么复杂，而且有效(轮)直径很大，这种高度自适应的系统可以轻松地在极端地形上移动，同时保持可观的旅行速度，因此在搜索和救援任务、科学探索和反恐响应应用方面有很大的潜力。

    • 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，其灵感来自于单细胞生物利用细胞质流产生假足进行运动的运动机制。WSL的实施方式是通过一个细长的环形体，它在一个单一的连续运动中把自己翻转出来，有效地在变形虫中产生细胞质流动的星质管的整体运动。

    • 火星:多附件机器人系统

    • MARS (Multi-Appendage robot System)是一种六足机器人平台，具有全方位行走和执行操作任务的能力。该机器人模仿了美国宇航局喷气推进实验室(JPL)开发的最新六足机器人LEMUR IIb(有腿行走机械多功能车)，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能力。

    • 压缩空气爬坡巡检机器人

    • CIRCA(压缩空气攀爬检查机器人)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，完成检查任务。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式。例如，一个“甜甜圈”结构将有助于爬上一根杆子，螺旋结构将有助于地面运动。

    • 大卫:为视障人士设计的演示汽车

    • DAVID(视障司机示范汽车)是世界上第一款，也是唯一一款可以由盲人驾驶的汽车，是响应全国盲人联合会(盲人司机挑战赛)的倡议而开发的。通过在现有车辆平台上开发和集成新颖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一定程度的独立性。

  • 研究

      • 达尔文的Brain-A.I。一个足球类人形机器人

      • 这个项目的目标是为人形机器人DARwIns的多智能体团队提供具身人工智能，这样他们就可以参加国际机器人世界杯的比赛。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，它提出了一个标准问题，即开发一支完全自主的类人机器人足球运动员队伍，在2050年之前击败人类世界足球冠军。该项目致力于构建一种能够执行视觉处理、实时传感器融合、高级行为管理、团队协作以及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:杰西Hurdus

      • 达尔文:稳定的全向微型人形机器人行走引擎

      • 本研究的目标是实现全向稳定的运动。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参考稳定行走。所有的高级编程都用MATLAB编写，底层的硬件接口用c++实现。在这项研究中，网络机器人将用于模拟目的。
        研究员:Seungmoon歌

      • 皮尔:类人机器人-大学无障碍基础设施以提高能力

      • 与德雷克塞尔大学、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高级科学技术研究院(KAIST)合作，该项目将汇集来自美国和韩国的领先机器人专家，共同推进最先进的人形机器人技术。该项目的基础设施将产生深远而广泛的影响，并将使类人机器人能够工作并与人进行社会互动。Virtual-Hubo、Mini-Hubo以及一个远程可操作的Hubo测试平台正在开发中。这项为期五年的项目预算为250万美元。
        研究人员:Jeakweon Han, Karl Muecke

      • DARwIn:人形机器人的解析运动滤波器

      • 分析运动滤波器(AMF)采用仿人机器人的参考运动，在保持尽可能多的参考运动的同时，稳定不稳定的运动。解析解将提供洞察机器人系统的稳定性，否则将难以确定的数值优化方案。具体目标是:稳定参考运动，同时保留尽可能多的特征;在仿真和仿人机器人平台上，使用人体运动捕获数据、运动学合成数据和动画软件中的运动数据验证滤波器;并对人形机器人系统的稳定性提供了深入的了解。
        研究员:卡尔Muecke

      • 达尔文:两足机器人的精确圆周行走

      • 每当双足机器人需要转弯时，能够沿着任意半径曲线稳定而精确地行走将是非常有益的。这促使我们推导出关于旋转坐标系的新的ZMP约束方程，在此基础上寻找合适的动态步态，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运动在内的动态行走模式，并将其应用于一个转弯运动实例。动态模拟证明，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

      • 为DARPA城市挑战赛开发自动驾驶汽车

      • “奥丁”是VictorTango团队在2007年DARPA城市挑战赛中的参赛作品，这是一项城市环境下的自动地面车辆竞赛。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DARPA城市挑战赛决赛，获得第三名，并获得50万美元的现金奖励。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，融入和穿越车流，停车，并保持道路速度。

        研究人员:杰西·赫杜斯，肖恩·坎摩尔，维克多探戈团队

      • 职业生涯:全皮肤运动:结构设计和驱动器的发展

      • 这个研究项目的目标是开发一个模型，我们可以应用致动器的力量，并预测最终的形状和运动的独特的整个皮肤运动(WSL)机器人。目标是:了解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;在给定环境和致动器负载的情况下，找到机器人的最终几何形状并预测其运动;开发一个解析解，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:德里克•

      • 职业生涯:全皮肤运动:开发增量加载有限元模型

      • 这个研究项目的目标是开发一个模型，我们可以应用致动器的力量，并预测最终的形状和运动的独特的整个皮肤运动(WSL)机器人。目标是:了解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;在给定环境和致动器负载的情况下，找到机器人的最终几何形状并预测其运动;开发一个解析解，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:德里克•

      • 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，它可以通过独立地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。本课题目前的研究目标是:基于不同的接触点对IMPASS的拓扑结构进行分类;不同构型情况下的移动性分析，采用常规和基于螺钉的修正Grübler和Kutzbach准则;IMPASS关键拓扑方案的位置反演分析;奇异位形的螺旋理论识别与研究以及基于螺旋的雅可比矩阵分析。
        研究人员:王亚、任平

      • 粗糙地形运动的反应式和慎重式运动控制

      • 本课题研究新型驱动轮辐机器人IMPASS的运动规划策略。具体目标是:开发用于地形感知和非地形感知配置的非结构化地形二维和三维运动规划策略;在仿真和实验中验证运动规划策略;提高硬件平台的能力，包括一个移动的重心，机载计算机和电源，以及坚固的车身和组件;开发精确可靠的感知单元，用于地形感知和物体识别，包括激光测距仪和相机。
        研究人员:Shawn Kimmel, Blake Jeans

      • STriDER:步态规划和站立策略

      • 本文研究了新型三足机器人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:机器人相对的高度和较长的四肢，由于大力矩臂，需要来自驱动器的大扭矩;关节的结构和四肢的长度限制了脚的工作空间;紧凑的设计接头允许有限的执行机构扭矩;在站立的过程中，四肢的数量不允许额外的支撑和稳定。研究人员研究了五种方法:三英尺俯卧撑、两英尺俯卧撑、一英尺俯卧撑、螺旋俯卧撑和滑脚俯卧撑。
        研究员:Ivette Morazzani

      • STriDER:平行结构的运动学分析

      • STriDER(自激三足动态实验机器人)是一种独特的三足步行机器人。在不行走的情况下，假设所有三个脚接触点都固定在地面上且不打滑，STriDER可以被建模为一个三分支并联机械手。由运动学分析得出的结论将用于动力学分析和运动规划。具体的研究目标是:求解位移逆问题和位移正问题，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。
        任研究员:萍

      • 攀登者:悬索四肢智能匹配行为机器人

      • 攀登者(索悬肢体智能匹配行为机器人)是一种用于攀爬非结构悬崖的机器人。利用多接触力分配算法，通过调整姿态来保持稳定。攀登者使用匹配的行为(交换脚对脚，手对脚，或手对手在一个点或点上)来计划每只脚的位置。CLIMBeR机器人有三个3DOF分支，一个有缆绳的绞盘，不久还会有一个微型激光测距仪，用来探测地形几何，以便进行规划。这个项目是由NSF作为REU项目赞助的。
        研究员:布拉德·普林斯

      • 腿部运动的硬件加速非线性预测控制

      • 我们计划通过实现一种受生物神经系统启发的新型混合硬加速非线性预测控制结构来实现腿部机器人的自适应和弹性运动。这项工作将是一项更大的合作研究工作的第一步，研究动物神经系统的层次关系，以实现运动控制;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，并将这些知识转化为自适应和弹性步态生成的工程设计原则。身高1.3的人形机器人CHARLI将被用来测试控制系统。
        研究员:乔·海斯

      • 压缩空气爬坡巡检机器人

      • CIRCA(压缩空气攀爬检查机器人)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，完成检查任务。该原型设计在2008年的CAGI(压缩空气与气体研究所)创新奖设计比赛中获得第一名，并获得10500美元的现金奖。目前研究项目的重点是连续介质力学分析和运动生成算法，而全尺寸原型正在由一组大四的本科生设计项目的学生开发。
        研究员:尼克·塞耶

      • HyDRAS-Arm:机械臂的自动校准和直观控制

      • 与OpenTech公司(机械臂SBIR第一阶段)合作的HyDRAS-Arm(超冗余离散机器人关节蛇形臂)是一种9+自由度的蛇形机械臂，通过完整的3D形状发送“形状磁带”进行远程操作。机械臂自动校准和直观控制(AIMs)是一种利用实时遗传算法对机器人机械臂进行仿真、可视化和先进控制的软件系统。
        研究员:马克肖沃特

      • HyDRAS-Ascent:爬杆蛇形机器人的设计与分析

      • 通过使用一系列螺旋结构的驱动万向节，HyDRAS(超冗余离散机器人铰接蛇形机器人)可以缠绕在一根极点上，并利用其模块之间的相对旋转运动来推动自己沿着极点结构前进。目前的研究重点是找出设计参数与运行参数之间的关系，以便进行优化。此外，力和扭矩分析正在完成。一个全尺寸的机器人原型也正在由一组高年级本科生设计团队开发。
        研究员:加布里埃尔高盛

      • CIVT:凸轮式无级变速传动

      • 基于凸轮的无极变速传动(CIVT)是一种新颖的、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camoid(正在申请专利)。它在操作和可能的应用方面都是独一无二的。它结合了行星齿轮组和IVT的灵活性到一个包。不像其他棘轮ivt对均匀输入产生非均匀输出，这种传输可以塑造输出匹配许多周期波形。因此，这种棘轮驱动具有独特的能力，产生均匀和连续的输出。
        研究员:德里克•

      • ReCoM:转动顺应机构设计方法论

      • ReCoM是一种新颖的柔性转动关节，适用于微观和宏观规模的应用(正在申请专利)。该装置是一个简单的、整体的、平面的机构，它包含了许多相互连接的柔性辐条，径向放置在轮毂和轮辋之间。由于连接辐条的独特连杆系统，当扭转载荷施加到轮毂时，辐条会弯曲，但在径向载荷下仍然保持刚性。合规机构具有零间隙、低成本、不磨损等优点，非常适合在恶劣环境下使用，并可替代MEMS中的传统机械系统。
        研究员:德里克•

      • 工作空间分析与六足步态生成

      • 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的每一个分支都包含一个3DOF、运动学球形近端关节和一个1DOF远端关节。这种多肢机器人的步态生成需要对四肢的运动学，包括它们的工作空间有透彻的了解。在本研究中，我们开发了MARS在膝关节上的工作空间，从简单的二维几何到复杂的三维体积，并分析了其在平面上行走的局限性，并将其应用于自适应行走步态算法的开发。
        研究员:马克肖沃特

    • 基于CPG的非结构化地形步态生成

    • 研究员:罗伯特·梅奥

      • 惯性被动动态爬步轮式机器人

      • 研制了一种新型轮式机器人，在不需要主动驱动的情况下，利用惯性驱动滑动弹簧-质量系统提高机器人的机动性能。机器人的加速和减速导致滑动物体向前或向后移动，完成推动机器人通过一个台阶所需的提升和着陆动作。机器人的有效重心会随着滑动物体的移动而改变，一个弹簧反应会给机器人增加一个额外的扭矩。如果设计得当，这些效果可以让机器人把轮子抬离地面——一次抬一个轴——然后跳过台阶。
        研究员:约翰·汉弗莱斯

      • 一种适用于复杂自主机器人的可移植行为编程方法

      • 在本研究中，我们开发了一种行为规划方法，为设计师提供了一种建立情境智能的直观方法，同时保留了传统基于行为的规划中所呈现的突发行为的品质。该方法采用改进的分层状态机进行顺序行为仲裁，并采用命令融合机制进行协作和竞争控制。本文对该方法进行了跨平台、任务和功能需求的可移植性分析。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。
        研究员:杰西Hurdus