具有尾部状结构的自平衡机器人

对于工程师和计算机科学家开发新技术工具而言，自然是最大的灵感来源之一。在过去的十年左右的时间里，机器人学家已经开发出了无数机器人，它们受到蛇，鱼，猎豹，鸟类，昆虫和其他动物的行为和生物学机制的启发。

北京理工大学的研究人员最近设计了一种新型的受生物启发的机器人，该机器人可以使用类似尾巴的机制保持其平衡。该机器人由施普林格(Springer)在2020年中国智能系统会议论文集上发表的论文中介绍，由主体，两个轮子和受尾部启发的组件组成，可帮助其保持平衡。

机器人的“尾巴”由自适应分层滑模控制器控制，允许它在平行于机器人车轮的区域内沿不同方向旋转。本质上，该控制器定义并实现了类似尾巴的组件的移动，从而确保它们在机器人导航周围环境时增强了机器人的稳定性。

为了使机器人在动态或变化的环境中移动时保持平衡，控制器使用不确定性的估计值。人造“尾巴”以特定的模式运动，这些模式旨在提高机器人的稳定性，并使用所谓的Lyapunov稳定性定理进行计算。Lyapunov稳定性是由俄罗斯数学家和物理学家Aleksandr Lyapunov提出的描述动力学系统稳定性的理论结构。

用于平衡两个车轮的车辆的大多数现有方法都是通过使用惯性测量单元(IMU)收集车辆的车身高度数据来工作的。IMU是电子设备，可以测量作用在身体或物体上的比力以及角速度，方向等。平衡两轮机器人的常规方法机器人通过控制器组件处理IMU设备收集的数据，然后相应地实施平衡策略，通常是通过调整倾斜角度来实现的。

尽管这些方法中的许多方法均取得了令人满意的结果，但研究人员提出的设计提出了一种可行的替代方案，该方案无需通过轮式电动机来调整机器人的倾斜角度。它是现有的为数不多的增强轮式机器人平衡性的技术之一，同时考虑到了由动物的尾巴引起的环境不确定性。

研究人员通过一系列模拟评估了类似尾巴的机器人机制的有效性。他们的发现很有希望，因为当机器人在此模拟环境中失去平衡时，人造“尾巴”能够在大约3.5秒内重新平衡。此外，他们发现他们创建的控制器组件对噪声和干扰特别坚固。

将来，该研究人员团队开发的类似尾巴的机制可能会被采用，以增强其他现有或新开发的机器人的稳定性和平衡性。此外，作为这项研究的一部分而收集的发现可能会启发其他机器人专家设计类似的尾巴状部件。

到目前为止，北京理工大学的研究人员仅在仿真中评估了他们的自动平衡机器人，因此他们尚未确定其在有形物理环境中的有效性。在接下来的研究中，他们计划构建机器人的原型并进行进一步的实验，以测试其在实际场景中的性能。