辩论一直在两周多。这是2017年夏末，九本科生学生在苏黎世·苏黎世苏黎世（Ethzürich）的瑞士联邦理工学院最终项目中合作。他们同意花费学年建造一个可以在平坦的表面上迅速移动的机器人，也爬上楼梯。但他们不能同意设计。几种想法排名高于其他想法，包括一个带有胎面的坦克，其中一个机器人的机器人，其中有风车状轮子可以用来推动和拉动楼梯。有了这些，学生可以看到更好的设计，建造和操作机器人。但是每个设备都有下行，例如太笨重或太慢或与其他研究人员已经建造的机器人太慢了。
最具创新的想法，一个带有轮子而不是脚的双腿跳跃机器人，不是最喜欢的。每个人都可以看到设计和编程这样的机器是多么困难。他们必须克服许多工程和软件挑战，以在滚动时平衡它，更不用说跳跃。它似乎是不可能的。“我反对跳跃机器人，”机械工程学生团队成员克莱姆·克莱姆说。“只要在两个轮子上执行跳跃并重新获得稳定性，机器人必须非常敏捷，并且具有前沿运动控制技术。”
突然队成员Florian Weber讲道。Mechanical engineering student Lionel Gulich recalls: “He said, ‘Guys let’s try the jumping one because although it’s probably the most difficult, it’s the coolest one, and this could be last time in our lives we will have the option of choosing.’ ” Gradually Weber convinced one student after another until everyone got on board.
决定最终产生ascento.，一个双足，23磅磅的机器人能够在平坦的地形上每小时滚动五英里，跳过14英寸垂直英寸而不会摔倒。它可以跳过障碍物，慢慢地慢慢上楼梯。车载相机和传感器创建周围环境的3D地图，并且当与视觉和路径规划算法相结合时，使机器人能够自主驱动。
“只要在两个轮子上执行跳跃并重新获得稳定性，机器人必须非常敏捷，并且具有前沿运动控制技术。”
Victor Klemm，Ethzürich的机械工程学生
得到一条腿
在9月开始学校的开始，九个工程学生根据他们的兴趣分为四个亚组：电子，软件控制，建筑和设计以及感知和计算机视觉。他们有五个星期的时间来建造原型，并在三个中级演示中显示他们的进展。在ethz使用可用的办公空间，他们每天开始举行会议，勾勒出可以缩放楼梯的机器人的想法。他们提出了20个概念，并使用Matlab®为了评估基本动作，将它们煮到四个似乎最有可能的选项。从那里，他们从纸板和乐高建立了原油的物理模型®块和创建3D计算机辅助设计图纸。ascento-a由感知和计算机视觉团队成员Nicolaküng的初期建议的名称开始汇集在一起。
在几周内，学生手上有坚实的设计，能够3D打印他们的第一件机器人的身体原型。
Ascento团队使用乐高块和定制3D印刷和激光切割组件来测试各种轮子和机器人设计。图片学分：ethz
在这些概念阶段，它变得明显，如果他们想要轻量级，耐用的机器人，他们需要将船上电机和电子产品保持在最低限度。学生用Matlab的优化工具在一个不寻常的腿部设计中归零，使得在每个髋关节中只有一个腿电机。设计如下：每条腿都有一个小腿骨（膝盖和车轮之间），而是两个股骨骨骼。其中一个股骨连接到电动髋关节和弹性膝关节，以控制跳跃。另一个股骨平行于第一股骨，连接到销接头和第二膝关节，以在驱动器时稳定机器人。两个股骨的形状及其与下腿骨的连接类似于平行四边形。在几周内，学生们在手中进行了坚实的设计，并且有很多帮助来自建筑和设计集团成员的多米尼克Mannhart，能够3D打印他们的第一个机器人的原型。
这是十月和第一个中级介绍截止日期。古罗基和队友Marcus Vierneisel，他们是软件控制团队的成员以及Klemm，感到强迫让机器人在其轮子上平衡。他们从大学周围的轮子电机，传感器和其他电子零件中清除，将它们添加到Ascento中，并在一个控制系统中攻击，使机器人保持稳定，因为它缓慢向前和向后移动。这是一项重大成就。在短短五周内，他们将从20种不同的机器人草图到一个能够在其轮子上平衡而不会倾斜的单个工作模型。
“这给人留下了很酷的印象，”Klemm说。该团队很欣喜若狂。“但它也被证明是一个陷阱，”他说。黑客平衡系统不足以适应更快，更强大的电机，电脑控制系统最终需要保持稳定，因为它开车并跳起来。下次演示是在圣诞节之前安排的，前提的道路比实现的团队成员更长。
该团队使用3D打印机来创建Ascento机器人的第一个原型。图片学分：ethz
平衡技术
因为物理管辖系统的动态，所以让机器人正常工作是一个数学问题。Klemm是任务的，将物理系统转换为数学模型。为此，他使用了各种结构元素的群众，移动部件的惯性，以及其他信息来派生在Matlab中的方程，所以描述理论上是如何移动的。接下来，他将这些方程插入Simulink金宝app®建立计算机模拟。在那里，他不仅可以获得测试，让他更好地了解机器人的能力，而且还旨在产生最佳运动的原型算法。例如，在模拟中，机器人通过首先感测其上身向前倾斜然后加速其下半身以赶上时，机器人保持向前倾斜。
Klemm说，一个人做同样的事情。“如果你站在你的脚上，你开始向前倒下时，你会向前迈进衡量均衡。”
该团队使用MATLAB和SIMULINK调整平衡算金宝app法，一旦它们在仿真中运行良好，将调谐参数转移到真实的ASCONO机器人。在12月底临近，学生们拥有更好，更强大的电机和传感器安装在机器人的第二次迭代上。但每次他们都跑了一个测试时，机器人都会翻倒。它们会对机械进行故障排除，重新测试Simulink中的控制算法，转换代码，并在机器人上重新安装，它会下降。金宝app它在几周内像这样继续下去。“我们非常震惊。我们想，'是的，我们得到了新的硬件，电池，传感器，我们有一台电脑，我们得到了昂贵的电机，现在一切都应该比以前更容易。“但是，这不是，”klemm说。
第二次介绍前的第二次介绍，其中几个学生，包括Klemm，Gulich，Coreverin Pfister和Alessandro Morra，拉动了两个夜间班次，推动难以让机器人稳定。它不会平衡。在演讲的那一天，团队提出了他们的地位，并像疯了一样展示了一个摇晃的机器人的短片。团队成员感到失望，但决心。如果他准备好放弃，朋友们问klemm。“我告诉他，如果我不在5月达到平衡，我会戒掉我的工程研究，”Klemm说。
例如，在模拟中，机器人通过首先感测其上身向前倾斜然后加速其下半身以赶上时，机器人保持向前倾斜。
一个小跳
在2018年春天，机器人团队正在取得进展。他们实施了一个大变化，可以提高成功机会：他们使用USB端口停止，用于向Ascento的电机发送命令并切换到专为任务专门设计的通信协议。称为控制器区域网络的协议是针对电动通信和高速进行了优化的。有了它，他们增加了从每秒20到400每秒到400的电机的命令数量。模拟没有错;信号花费太长，无法进入电机。这是众多学习时刻之一。“在后古，使用USB端口是天真的。没有适当的工程师会这样做，“Gulich说。
但即使使用新的协议，他们也无法让机器人稳定。复活节接近，第三次介绍两周期。古罗希和他的一些队友去了假期。其他几个其他人（包括Klemm）留下来继续致力于依附于中心。无法解决平衡问题，klemm和莫拉开始向其他工程学生和教师寻求建议。一个博士。学生们看着机器人的视频掉落并审查了一些团队的数据，他认为倾斜传感器看起来很奇怪。团队成员发现，该设置尚未调整平衡，这是抛出反应时间的平衡。他们在20分钟内进行调整，机器人稳定。
“这是一个如此伟大的时刻。这只是一个设置，我们调整了它，完美地平衡。我们非常高兴，“Klemm说。
他们从最终演示介绍了三个星期，他们仍然必须改进机器人的能力与摇滚固体平衡，并获得机器人跳跃。控件团队开始随身划船，只睡在返回工作前只睡了六个小时。几个团队成员将尽可能多地花费尽可能多的进步，然后将其交给下一个团队。他们让机器人跳跃，但着陆是岩石。在其中一个学生抓住它之前，它几乎会落下。
这是如此如此。然后一天晚上，而Klemm和Gulich Slept，团队成员，包括Vierneisel和Ciro Salzmann，让机器人正直跳跃。古里奇在手机上醒来。团队中的每个人都赶到了办公室，为自己看。他们在项目的第一周以来，他们开了一瓶香槟。
ascento与当前的团队成员，从左边，多米尼克Mannhart，Ciro Salzmann，Alessandro Morra，Lionel Gulich和Victor Klemm。图片学分：ethz
“[跳跃机器人]是所有想法中最酷的，现在这是两年后，我们仍然爱上了轮子和腿和跳跃的技术。”
Lionel Gulich，Ethzürich的机械工程学生
当Klemm和Gulich回顾他们的经验时，他们都说他们很高兴他们选择了最艰难的机器人。“这是所有想法中最酷的最酷，现在已经两年后，我们仍然爱上了轮子和腿和跳跃的技术，”古希尔说。
Klemm说，如果他们选择了一个更容易的机器人，他们已经完成了两年前的结束，并且会在他们的独立方式上。虽然它很容易跳跃楼梯的高度，但它需要滚动开始。他们想加快速度。在研究生学习期间，九名学生中有五个继续炼制归档。所有这些都将其大学研究的部分集中在机器人的技术方面，发表了两个学术论文，并在少数会议和活动中提出。
该团队将机器人视为可定制的平台，可以支持一系列传感器，例如热摄像机，麦克风，激光扫描仪或化学传感器，这可以根据工业需求交金宝app换。例如，紧凑型机器人可以检查仓库库存，寻求工业区的化学泄漏，或映射新的建筑工地。它甚至可以为幸存者搜索灾难区。他们希望在三个月内准备好的下一个版本的Ascento将更紧密地代表这个理想的最终产品。
对于klemm，那一天将是苦乐参半。“有很多事情要做，这是一个有趣的系统，”他说。“我不想完成。”
