Shakebot：一个用于地震研究与教育的低成本开源振动台机器人

振动台是模拟地震事件并测试结构对地震力响应的重要工具。然而，现有振动台要么昂贵要么专有。本文介绍一个名为 \textit{Shakebot} 的低成本开源振动台的设计与实现，用于地震工程研究与教育，其基于机器人操作系统（ROS）与机器人学原理构建。Shakebot 改编自 3D 打印机的平价高精度部件，特别是采用闭环步进电机驱动和同步齿形带传动。该步进电机使台面在承载 2 $kg$ 试件时可达到最大水平加速度 11.8 $m/s^2$（1.2 $\mathbf{g}$）与速度 0.5 $m/s$。Shakebot 配备加速度计与高帧率相机用于台面运动估计。低成本与易用性使 Shakebot 可供广泛用户使用，包括资源受限环境中的学生、教育者与研究人员。Shakebot 及其数字孪生——一个虚拟振动机器人——已展现出在推进地面运动研究方面的显著潜力。具体而言，本研究考察了 precarious balanced rocks 的动力学。Shakebot 提供了一种通过物理实验验证仿真的方法。基于 ROS 的感知与运动软件促进了代码从虚拟振动机器人到物理 Shakebot 的迁移。控制程序的复用确保了所实施的地面运动在仿真与物理实验中一致，这对验证我们的仿真实验至关重要。