Робота с колесами без ободов научили ходить по ступенькам. Теперь он может преодолевать выступы высотой до трех сантиметров

Инженеры из Японии разработали двухколесного робота на безободных колесах, спицы которых играют роль ног при передвижении. Для того, чтобы робот смог преодолевать неровности и ступеньки, его ноги сделали телескопическими, поместив внуть пружинные элементы, параметры которых были рассчитаны с помощью численного моделирования. Благодаря такой конструкции робот стал лучше адаптироваться к неровному рельефу и теперь может преодолевать ступеньки высотой 0,03 метра, не теряя скорости и равновесия. Статья опубликована в журнале Artificial Life and Robotics.

Среди наземных роботов есть две большие группы: роботы, оснащенные колесами, которые предназначены для эффективного передвижения по ровной поверхности, и ходячие роботы, которые больше подходят для пересеченной местности с перепадами высот. Чтобы совместить их преимущества, инженеры пытаются создать их гибриды, наиболее продвинутыми среди которых (и наиболее сложными) стали робособаки с колесами на концах ног.

Однако совместить движение на колесах с ходьбой можно и значительно более простым способом. Для этого достаточно убрать из колеса со спицами его внешнюю часть — обод. Тогда его движение будет напоминать ходьбу, в которой роль ног выполняют спицы, поочередно ступающие по поверхности. Если два таких колеса соединить одной осью, то получится простейшая модель двуногой ходьбы. Чтобы заставить робота с такой конструкцией двигаться вперед, на оси между колесами обычно размещают дополнительную массу — тело робота — отклонение которого от вертикали смещает центр тяжести и заставляет его катиться/шагать в этом направлении, подобно сигвею. До последнего времени роботы с такой конструкцией были слабо приспособлены для движения по выступам и ступенькам.

Чтобы повысить адаптивность робота на колесах без ободов к неровной поверхности и научить его шагать по ступенькам без потери скорости, инженеры под руководством Юты Ханадзавы (Yuta Hanazawa) из Технологического института Кюсю разработали его модификацию с телескопической конструкцией ног. За счет деформации размещенных внутри пружинных элементов телескопические конечности могут упруго сжиматься, лучше подстраиваясь под неровный ландшафт и заодно амортизируя удары ног о поверхность.

Чтобы подобрать оптимальную жесткость пружин, разработчики сперва создали трехмерную модель робота. С ее помощью они смоделировали ходьбу сначала по ровной поверхности, а затем по поверхности со ступенькой. Для этого они использовали возможности игрового движка Unity. Численное моделирование и испытания в симуляции помогли определить оптимальные параметры пружин для телескопических ног.

После этого разработчики построили реальную модель робота, состоящую из двух колес без ободов с телескопическими ногами длинной 15 сантиметров. Между колесами расположено тело робота массой 680 граммов. Внутри него размещается сервопривод, отвечающий за управление наклоном, а также электронная начинка, включая аккумулятор и бортовой компьютер.

В серии экспериментов робот с подобранными с помощью моделирования пружинными элементами ног смог преодолевать ступеньки высотой до трех сантиметров, не теряя при этом скорость. В будущем инженеры планируют добавить роботу возможность управлять направлением движения, а также снизить его энергопотребление.

Робота, который может самостоятельно прикреплять ноги к своим колесам, разработали американские инженеры. На ровном рельефе он использует для передвижения шесть колес, а при появлении препятствия он с помощью манипулятора крепит на них ноги, которые достает из своего грузового отсека.

Источник