? ? ? ??一種新的，單輪版本的Cubli已經開發(fā)出來。單輪Cubli是一個三維擺系統(tǒng)，可以使用一個反作用輪在其樞軸上保持平衡，如所示這篇文章.

? ? ? ?? 這個最新版本的Cubli (2014)可以跳躍、平衡，甚至“行走”。這一新版本在動力方面是獨立的，并使用了三個稍加修改的自行車制動器，而不是以前版本中使用的金屬屏障。我們目前正在開發(fā)學習算法，如果由于剎車退化和慣性、重量或表面坡度的變化而導致跳躍失敗，則允許Cubli自動學習和調整必要的參數(shù)。

? ? ? ?有多種方法可以讓立方體保持平衡，但是向上跳躍需要能量的突然釋放。直覺上，動量輪似乎是一個好主意，既能儲存足夠的能量，又能保持立方體的緊湊和獨立。

? ? ??此外，當輪子加速或減速時，通過利用立方體主體上的反作用扭矩，相同的動量輪可以用于實現(xiàn)基于反作用扭矩的控制算法以進行平衡。

這能行嗎？

? ? ?因此，制造機器人的第一步是從物理學的角度來研究基于動量輪的跳躍是否可行。下圖顯示了計算輪子和整個立方體轉動慣量(MOI)的一些數(shù)學方法。

? ? ? ??這種數(shù)學分析允許對系統(tǒng)進行定量的理解，這允許告知設計選擇，例如使用三個動量輪與在立方體的六個內表面的每一個上安裝動量輪的設計之間的權衡。這項分析的另一個成果是很好地理解了讓立方體跳躍所需的動量輪速度，以及保持立方體平衡所需的扭矩。這兩個因素對于接下來的步驟都至關重要:確定所需的硬件規(guī)格。

規(guī)格和硬件設計
? ? ? ?考慮到上面確定的所需速度和扭矩，動量輪的電機和變速箱顯然將是制造機器人的一個主要挑戰(zhàn)。通過允許定量分析更高速度(即，更多能量用于跳躍)和更高扭矩(即，平衡時更好的穩(wěn)定性)之間的權衡，使用允許系統(tǒng)地解決這個問題的數(shù)學模型。

? ? ? ?這種數(shù)學驅動的硬件設計產生了機器人核心硬件組件(動量輪、馬達、齒輪和電池)的詳細規(guī)格，并允許整個系統(tǒng)的CAD設計。

? ? ? ?這一步的一部分是設計一個特殊的制動器來突然停止動量輪，將其能量轉移到整個立方體，并使其跳躍起來。

左邊的照片顯示了這種制動器的早期設計，包括安裝在動量輪上的螺釘，將金屬板(藍色)移動到螺釘路徑(淺棕色)的伺服電機(黑色)，以及將動量輪的能量轉移到立方體結構的安裝支架(淺棕色)。目前的設計使用硬化金屬部件和橡膠的組合來降低峰值力。

這最后的機器人
? ? ? ?在2D版本的成功測試之后，一個完整的機器人被制造出來。結果是Cubli，一個小立方體形狀的機器人，以瑞士-德國對“立方體”的昵稱命名。

? ? ? ?然而，第一次跳躍試驗表明，動量輪突然制動產生的應力導致動量輪和鋁框架的機械變形。這使得整個Cubli在不更換零件的情況下不可能反復跳動。因此，決定調整結構和破壞機制，以減少由跳躍引起的機械應力。除了平衡之外，我的同事們現(xiàn)在正在研究如何使用跳躍、平衡和摔倒等可控動作讓Cubli在表面上直立起來。