视频
加载播放器…
  • 提供配置文件
  • 智能设计下的机器人进化
    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设施，重点是研究新型移动机器人运动策略。

    我们的研究方向是机器人运动和操纵，运动学和机构，以及自主系统。
产品组合

  • 机器人

    • SAFFiR:舰载自动灭火机器人

    • SAFFiR是一种仿生双足机器人，旨在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，该驱动器包含定制的钛弹簧。它将利用先进的传感器套件来导航由烟雾、热量和水蒸气引起的恶劣环境。SAFFiR设计用于使用许多可用的灭火方法，包括软管、灭火器和PEAT罐。它将受到高温热屏蔽的保护，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。该项目由美国海军研究办公室(ONR)赞助。

    • CHARLI:具有学习智能的认知类人自主机器人

    • CHARLI是美国首个全尺寸自主类人机器人。它的机械设计允许实验不同的机械配置对双足行走和平衡性能的影响，主要是在腿部。CHARLI能够向各个方向行走，还能转身、踢脚、做手势和简单的上半身操作任务。各种各样的手和抓手已经被试验用于各种物体或目标。

    • 达尔文:智能动态拟人机器人

    • 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，能够双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参加机器人世界杯比赛的基础平台。

    • HyDRAS:超冗余离散机器人铰接蛇形机械

    • 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:自激三足动态实验机器人

    • STriDER(自激式三足动态实验机器人)是一种新型的三足步行机器，它利用驱动被动动态运动的概念来动态行走，具有高能量效率和最小的控制。与其他被动动态行走机器不同，这种独特的三脚架运动机器人具有固有的三脚架姿态稳定，可以改变方向，并且相对容易实现，使其可用于现实生活应用。

    • MiniHUBO:微型人形机器人

    • MiniHUBO(微型人形机器人)是一种经济适用的小型机器人平台。MiniHUBO是韩国科学技术院(KAIST)开发的微型HUBO。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的设计是简单的制造和组装。MiniHUBO设计了一个灵活的控制单元，能够轻松集成传感器，以提高性能。

    • 有弹性韧带的空气动力机械手

    • RAPHaEL(弹性韧带气动机械手)是一种由压缩空气驱动的灵巧机械手，它有一个像波纹管一样的手风琴形状的新型驱动器。手的每个手指由连接到单个压缩空气管道的三个驱动器段驱动。当压缩空气进入由螺线管触发的驱动器时，手指的所有三个部分都会移动，当空气被切断时，手指上的弹性部件会恢复到原来的位置。手指的力量、位置和柔顺度由电子气压调节器控制，通过每个指尖弯曲位置传感器和力传感器的反馈。这种机制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，用于假体。

    • DARwIn OP:面向研究和教育的开放平台类人机器人

    • DARwIn-OP: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。本次年度研讨会的目标是:将DARwIn-OP引入类人机器人社区，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;在课堂上传播使用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传动

    • 基于凸轮的函数生成传动是一种新颖的机构，它需要两个输入，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。这种传动具有独特的特点，如产生特定的功能速比输出，包括居住，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)是一种适用于非结构化地形的高机动性的轮腿混合运动机器人。它利用带有单独驱动辐条的无框车轮，可以像轨道一样沿着不平坦的表面轮廓前进，像有腿的车辆一样跨越大型障碍物，同时保留了车轮的简单性。由于它没有腿的复杂性，并且具有较大的有效(车轮)直径，这种高度自适应的系统可以轻松地在极端地形上移动，同时保持可观的行驶速度，因此在搜索和救援任务、科学探索和反恐响应应用方面具有巨大潜力。

    • WSL:全皮肤运动

    • 全皮肤运动是一种新型的移动机器人运动机制，其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的实施例通过一个细长的环形体工作，该环形体在单个连续运动中将自身翻转出来，有效地产生变形虫细胞质流外质管的整体运动。

    • MARS:多附肢机器人系统

    • MARS (Multi-Appendage Robotic System)是一个六足机器人平台，能够全方位行走和执行操作任务。LEMUR IIb (leg Excursion Mechanical Utility Rover)是美国宇航局喷气推进实验室(NASA JPL)开发的一系列六足机器人中最新的一款，它是为了在零重力环境中对空间结构和飞行器的外部进行自动检查和维护任务而开发的。MARS也是一个通用的研究平台，用于研究在沿海地形和不平表面等困难环境下的机动性。

    • 压缩空气爬升巡检机器人

    • CIRCA (Compressed Air climb Inspection Robot with Compressed Air)是一种独特的攀岩机器人，利用McKibben空气肌肉爬上脚手架结构进行检查任务。通过将多个CIRCA模块以不同的配置连接在一起，可以实现不同的运动方法。例如，“甜甜圈”结构将有助于攀爬杆子，而螺旋结构将有助于地面运动。

    • 大卫:视障司机汽车示范

    • DAVID(视觉障碍司机示范汽车)是世界上第一款也是唯一一款可以由盲人驾驶的车辆，是为了响应全国盲人联合会(盲人司机挑战)提出的倡议而开发的。通过在现有车辆平台上开发和集成新型非视觉驾驶员界面，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。能踢足球的人形机器人

      • 该项目的目标是为多智能体人形机器人DARwIns团队提供具身人工智能，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标志性项目，提出了一个标准问题，即在2050年之前开发出一支完全自主的人形机器人足球运动员团队，并击败人类世界足球冠军。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架构。
        研究员:Jesse Hurdus

      • 用于小型人形机器人的稳定全方位行走发动机

      • 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。我们将使用身体来跟踪在线ZMP参考来稳定行走。所有高级编程都将用MATLAB编写，而与硬件的低级接口将由c++实现。在本研究中，Webots将用于模拟目的。
        研究员:Seungmoon Song

      • PIRE:类人类-大学可访问基础设施，以提高能力

      • 该项目将与德雷克塞尔大学、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等科学技术研究院(KAIST)合作，将来自美国和韩国的顶尖机器人专家聚集在一起，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，并将使类人生物能够工作并与人类进行社交互动。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是250万美元。
        研究人员:Jeakweon Han, Karl Muecke

      • DARwIn:类人机器人的分析运动滤波器

      • 分析运动滤波器(AMF)采用人形的参考运动，在尽可能多地保留参考运动的同时，稳定一个不稳定的运动。解析解将提供洞察机器人系统的稳定性，否则很难在数值优化方案中确定。具体目标是:稳定参考运动，同时保留尽可能多的特性;在仿真和类人机器人平台上，使用人体动作捕捉数据、运动学合成数据和动画软件的运动数据验证滤波器;并为类人机器人系统的稳定性提供见解。
        研究者:Karl Muecke

      • 达尔文:双足机器人的精确圆周行走

      • 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。这促使我们推导关于旋转坐标系的新的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。本文提出了一组动态步行模式，包括瞬态步行模式，并将其应用于一个典型的转弯运动案例。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，该模式也是成功的，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城市挑战赛开发的自动驾驶汽车

      • “Odin”是VictorTango团队参加2007年DARPA城市挑战赛的参赛作品，这是一项城市环境下的自主地面车辆竞赛。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，获得了50万美元的现金奖励，获得了第三名。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，融入和穿过交通，停车，并保持道路速度。

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

      • 职业:全皮肤运动:结构设计和执行器开发

      • 本研究项目的目标是开发一个模型，我们可以对其施加致动器力，并预测独特的全皮肤运动(WSL)机器人的最终形状和运动。目标是: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;在给定环境和执行器负载的情况下，找出机器人的最终几何形状并预测其运动;开发一个分析解决方案，并将其与FEA结果进行比较，以深入了解推动该机器人的基本机制。
        研究员:Derek Lahr

      • 职业:全皮肤运动:增量加载有限元模型的开发

      • 本研究项目的目标是开发一个模型，我们可以对其施加致动器力，并预测独特的全皮肤运动(WSL)机器人的最终形状和运动。目标是: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;在给定环境和执行器负载的情况下，找出机器人的最终几何形状并预测其运动;开发一个分析解决方案，并将其与FEA结果进行比较，以深入了解推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的三个驱动辐条在非结构环境中行走。本课题目前的研究目标是:基于不同地面接触点的IMPASS拓扑结构分类;不同配置情况下的可动性分析，采用常规和基于螺纹的改进Grübler准则和Kutzbach准则;IMPASS关键拓扑方案的逆向和正向分析;利用螺旋理论进行奇异位形识别与研究以及螺旋雅可比矩阵分析。
        研究人员:王亚，任平

      • IMPASS:粗糙地形运动的反应性和商议性运动控制

      • 本课题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:开发非结构化地形中用于地形感知和非地形感知配置的2-D和3-D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，包括移动重心、机载计算机和电源，以及坚固的车身和部件;开发精确可靠的地形感知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

      • STriDER: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肢需要来自执行器的高扭矩;关节的结构和四肢的长度限制了脚可以放置的工作空间;紧凑的接头设计允许有限的执行器扭矩;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:三脚俯卧撑，两脚俯卧撑，一脚俯卧撑，螺旋俯卧撑和脚滑动俯卧撑。
        研究员:Ivette Morazzani

      • STriDER并联结构的运动学分析

      • STriDER(自激三足动态实验机器人)是一种独特的三条腿行走机器人。在不行走时，假设STriDER的三个足部接触点都固定在地面上且不滑动，将STriDER建模为三分支并联机械手。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去方法。
        研究员:任平

      • 攀爬者:缆索悬挂肢体智能匹配行为机器人

      • 攀登者(电缆悬挂四肢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。利用多接触力分布算法并通过调整其姿态以保持稳定。攀登者使用匹配行为(交换脚对脚，手对脚，或在一个点上交换手对手)来计划每一只脚的位置。“攀登者”有三个3DOF四肢，一个带电缆的绞车，很快还会有一个微型激光测距仪，用来感知地形几何，以便进行规划。这个项目是由NSF赞助的一个REU项目。
        研究人员:Brad Pullins

      • 腿运动的硬件加速非线性预测控制

      • 我们计划通过实施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架构，来实现有腿机器人的自适应和弹性运动。这项工作将是一个更大的合作研究的第一步，研究动物神经系统中发现的运动控制的等级关系;特别是，了解高级中心的预测能力如何调节低级中心的步态生成，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。高1.3米的人形机器人CHARLI将用于测试控制系统。
        研究员:乔·海斯

      • 压缩空气爬升巡检机器人

      • CIRCA (Compressed Air climb Inspection Robot with Compressed Air)是一种独特的攀岩机器人，利用McKibben空气肌肉爬上脚手架结构进行检查任务。该原型设计在2008年的cai(压缩空气和气体研究所)创新奖设计竞赛中获得了第一名，并获得了10,500美元的现金奖励。目前研究项目的重点是连续介质力学和运动生成算法的分析，而全尺寸的原型是由一组本科设计项目的大四学生开发的。
        研究员:Nick Thayer

      • HyDRAS-Arm:机械臂的自动校准和直观控制

      • HyDRAS-Arm(超冗余离散机器人铰接蛇形臂)与OpenTech公司(机械手SBIR一期)合作，是一种9+ DOF蛇形机械臂，由全3D形状发送“形状磁带”控制，用于远程操作。机械臂的自动校准和直观控制(AIMs)是一个软件系统，使用实时遗传算法提供机器人机械臂的仿真、可视化和高级控制。
        研究员:Mark Showalter

      • HyDRAS-Ascent:一种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式蛇形机械)可以环绕一根杆子，并利用其模块之间的相对中性运动沿杆子结构推进自身。目前研究的重点是找出设计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:Gabriel Goldman

      • CIVT:基于凸轮的无级变速传动

      • 基于凸轮的无级变速传动(CIVT)是一种新颖的、高度可配置的棘轮无级变速传动(IVT)，利用基于行星齿轮组操作的三维凸轮(专利申请中)。它的操作和可能的应用都是独一无二的。它将行星齿轮组和IVT的灵活性结合到一个包中。不像其他棘轮ivt产生一个非均匀输出的均匀输入，这种传输可以塑造输出，以匹配许多周期波形。因此，这种棘轮驱动器具有产生均匀和连续输出的独特能力。
        研究员:Derek Lahr

      • ReCoM:转动柔顺机构设计方法

      • ReCoM是一种新型柔顺转动关节，适用于微观和宏观应用(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。由于连接辐条的独特连杆系统，当轮毂受到扭转载荷时，辐条会弯曲，但在径向载荷下仍保持刚性。兼容机制还具有零间隙，低成本，不磨损，使其非常适合在恶劣环境中使用，并作为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

      • 多附肢机器人系统(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的六个分支中每一个都包含一个3DOF，运动球形近端关节和一个1DOF远端关节。这种多肢机器人的步行步态的生成需要对四肢的运动学，包括它们的工作空间有透彻的理解。在本研究中，我们开发了从简单的二维几何结构到复杂的三维体积的MARS假肢的工作空间，分析了其在平坦表面上行走的局限性，并将其应用于自适应行走步态算法的开发。
        研究员:Mark Showalter

    • MARS: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，可以在不需要主动驱动的情况下提高机器人的机动性。机器人的加速和减速导致滑动质量向前或向后移动，完成推动机器人通过一步所必需的提升和着陆动作。机器人的有效重心会随着滑动质量的移动而改变，弹簧的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——一次一个轴——并跳过台阶。
        研究员:John Humphreys

      • 一种用于复杂自主机器人应用的行为编程的可移植方法

      • 在这项研究中，开发了一种行为编程方法，为设计者提供了一种建立上下文智能的直观方法，同时保留了传统基于行为编程中涌现行为的质量。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完成的。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审查。
        研究员:Jesse Hurdus