一个可以跳起、保持平衡并在桌子上行走的立方体陀螺仪

        一种新的，单轮版本的Cubli已经开发出来。单轮Cubli是一个三维摆系统，可以使用一个反作用轮在其枢轴上保持平衡，如所示这篇文章.

         这个最新版本的Cubli (2014)可以跳跃、平衡，甚至“行走”。这一新版本在动力方面是独立的，并使用了三个稍加修改的自行车制动器，而不是以前版本中使用的金属屏障。我们目前正在开发学习算法，如果由于刹车退化和惯性、重量或表面坡度的变化而导致跳跃失败，则允许Cubli自动学习和调整必要的参数。

       有多种方法可以让立方体保持平衡，但是向上跳跃需要能量的突然释放。直觉上，动量轮似乎是一个好主意，既能储存足够的能量，又能保持立方体的紧凑和独立。

      此外，当轮子加速或减速时，通过利用立方体主体上的反作用扭矩，相同的动量轮可以用于实现基于反作用扭矩的控制算法以进行平衡。

这能行吗？

     因此，制造机器人的第一步是从物理学的角度来研究基于动量轮的跳跃是否可行。下图显示了计算轮子和整个立方体转动惯量(MOI)的一些数学方法。

        这种数学分析允许对系统进行定量的理解，这允许告知设计选择，例如使用三个动量轮与在立方体的六个内表面的每一个上安装动量轮的设计之间的权衡。这项分析的另一个成果是很好地理解了让立方体跳跃所需的动量轮速度，以及保持立方体平衡所需的扭矩。这两个因素对于接下来的步骤都至关重要:确定所需的硬件规格。

规格和硬件设计
       考虑到上面确定的所需速度和扭矩，动量轮的电机和变速箱显然将是制造机器人的一个主要挑战。通过允许定量分析更高速度(即，更多能量用于跳跃)和更高扭矩(即，平衡时更好的稳定性)之间的权衡，使用允许系统地解决这个问题的数学模型。

       这种数学驱动的硬件设计产生了机器人核心硬件组件(动量轮、马达、齿轮和电池)的详细规格，并允许整个系统的CAD设计。

       这一步的一部分是设计一个特殊的制动器来突然停止动量轮，将其能量转移到整个立方体，并使其跳跃起来。

左边的照片显示了这种制动器的早期设计，包括安装在动量轮上的螺钉，将金属板(蓝色)移动到螺钉路径(浅棕色)的伺服电机(黑色)，以及将动量轮的能量转移到立方体结构的安装支架(浅棕色)。目前的设计使用硬化金属部件和橡胶的组合来降低峰值力。

这最后的机器人
       在2D版本的成功测试之后，一个完整的机器人被制造出来。结果是Cubli，一个小立方体形状的机器人，以瑞士-德国对“立方体”的昵称命名。

       然而，第一次跳跃试验表明，动量轮突然制动产生的应力导致动量轮和铝框架的机械变形。这使得整个Cubli在不更换零件的情况下不可能反复跳动。因此，决定调整结构和破坏机制，以减少由跳跃引起的机械应力。除了平衡之外，我的同事们现在正在研究如何使用跳跃、平衡和摔倒等可控动作让Cubli在表面上直立起来。