Многоногие роботы переняли механизм управления походкой у живых организмов
Инженеры разработали двухуровневую схему управления походкой для многоногих роботов, напоминающую аналогичный механизм у живых организмов. Она состоит из центрального контроллера, отвечающего за походку в целом, и отдельных контроллеров, генерирующих траектории движения для каждой ноги. За счет такой схемы походкой робота с несколькими ногами и множеством моторов можно управлять, меняя значения всего пяти параметров, сообщается в журнале IEEE Access.
В живых организмах за многие рутинные периодические действия, такие, как ходьба или дыхание, отвечают центральные генераторы упорядоченной активности. Они позволяют выполнять эти движения неосознанно, хотя и могут принимать от головного мозга регулирующие сигналы. Ранее некоторые группы инженеров уже реализовывали системы управления роботами, использующие аналогичную схему, но обычно они довольно сложны, управлялись множеством параметров или имели малую гибкость из-за использования интегральных схем с заранее заданной логикой.
Инженеры под руководством Людовико Минати (Ludovico Minati) из Токийского технологического института создали новую двухуровневую систему управления движением шестиногого робота, использующую программируемую аналоговую интегральную схему. В отличие от обычных схем с заранее заданной при производстве конфигурацией, соединения между ячейками такой схемы можно менять во время ее функционирования и, таким образом, подстраивать под текущие задачи.
Предложенная инженерами схема состоит из двух компонентов — центрального генератора, отвечающего за ходьбу всего робота и координирующего работу ног, и локальных генераторов, отвечающего непосредственно за движение каждой ноги. Центральный генератор состоит из шести узлов, каждый из которых связан с локальным генератором каждой ноги. Локальные генераторы, в свою очередь, состоят из трех узлов, отвечающих за движение трех сегментов ног (инженеры использовали робота с шестью трехсегментыми ногами).
Получившаяся схема позволяет управлять роботом не подавая сложные сигналы для нескольких моторов каждой ноги, а регулируя пять высокоуровневых параметров, которые интерпретируются генераторами. Каждый из параметров отвечает за тип походки, ее активацию, синхронность движений ног, тип положения ног и тела (муравьиный или тараканий) и поворот, соответственно.
Инженеры проверили схему на реальном гексаподе и смогли за счет изменения параметров заставить робота идти разными походками, к примеру, трипедальной и тетрапедальной, а также волнообразной, при которой в каждый момент времени от поверхности оторвана только одна нога. Разработчики отмечают, что подобную систему можно легко адаптировать для роботов с разным количеством ног, а не только шестиногих.
В прошлом году другая группа инженеров создала робота, который может синхронизировать движения своих ног за счет за счет специально подобранного механического строения. Помимо этого такое строение позволяет менять его походку в зависимости от подаваемого напряжения без применения управляющего контроллера.
Григорий Копиев
Он позволяет подключать до шести роборук одновременно
Инженеры и дизайнеры из Японии разработали прототип модульной системы дополнительных носимых роборук JIZAI ARMS. Система состоит из базового блока, который надевается на спину как рюкзак, а уже к нему можно присоединять до шести роботизированных конечностей. Доклад с описанием разработки представлен в рамках конференции CHI ’23. Инженеры достаточно давно экспериментируют с носимыми дополнительными конечностями. Как правило, это роборуки, которые крепятся к торсу или спине человека и управляются либо им самим, либо оператором. Однако существующие прототипы чаще всего выполнены в виде одной руки или дополнительной пары — например, именно так выглядели роборуки, представленные в 2019 году группой инженеров под руководством Масахико Инами (Masahiko Inami) из Токийского университета. Теперь японские инженеры и дизайнеры под руководством Нахоко Ямамуры (Nahoko Yamamura) из Токийского университета при участии Масахико Инами разработали носимую систему JIZAI ARMS, которая поддерживает сразу шесть роборук. Система имеет модульную конструкцию, в основе которой находится базовый блок. Он надевается на спину человека как рюкзак и удерживается в плотном контакте с телом за счет нескольких ремней. Блок имеет шесть портов для установки быстросъемных робоконечностей. Порты попарно расположены в разных плоскостях чтобы установленные руки не мешали движению друг друга. Каждый порт имеет электрический разъем в центре и энкодер для определения угла, под которым прикреплена роботизированная рука. Масса базового блока составляет 4,1 килограмм. А общая масса системы вместе с четырьмя подсоединенными к терминалам руками достигает 14 килограмм. Длина роборук подбиралась такой, чтобы при вытягивании их вперед перед пользователем быть приблизительно равной длине его рук. Кисти роборук съемные и при необходимости их можно заменить захватами другого типа. Также дизайнеры постарались придать робоконечностям анатомическое сходство с человеческими руками. Система может управляться через приложение на персональном компьютере, а также с помощью контроллера, выполненного в виде уменьшенной вдвое копии базового модуля и присоединенных к нему роборук. Если пользователь или сторонний оператор изменяет положение рук на контроллере, то это приводит к аналогичным движениям робоконечностей на полноразмерном прототипе. Авторы отмечают сложность управления несколькими руками одновременно, для этого им приходилось задействовать сразу несколько операторов. В дальнейшем исследователи планируют изучить впечатления и ощущения людей от длительного ношения и использования модулей с дополнительными конечностями. https://www.youtube.com/watch?v=WZm7xOfUZ2Y На сегодняшний день отсутствие эффективных систем управления — главное препятствие на пути внедрения систем дополнительных носимых рук. Однако, как продемонстрировали инженеры из Японии, в будущем, возможно, удастся научить людей управлять дополнительными конечностями с помощью нейроинтерфейсов.