Disney автоматизировала разработку шагающих роботов

Инженеры из Disney Research разработали систему, умеющую самостоятельно проектировать робота, способного выполнять заданные пользователям движения. Человеку необходимо задать траектории движения тела и нижних частей конечностей, после чего система создает подходящую конструкцию из библиотеки стандартных деталей, рассказывают авторы в журнале IEEE Transactions on Robotics.

Нередко промышленных и исследовательских роботов создают из стандартных модулей, состоящих из мотора, корпуса и соединительного механизма. Это позволяет решить сразу две задачи — упростить реконфигурацию робота, а в случае с серийным роботом еще и удешевить его производство. Тем не менее, для того, чтобы составить даже стандартные детали вместе и разработать способ управления ими нужен опытный инженер, а также много времени и усилий на сборку и отладку различных вариантов конструкции.

Группа инженеров из Disney Research под руководством Кацу Яманэ (Katsu Yamane) смогла упростить разработку роботов и научила алгоритм разрабатывать роботов как можно более простой конструкции, опираясь на высокоуровневое описание требуемых движений. Для начала авторы создали библиотеку из шести базовых модулей, состоящих из напечатанного на 3D-принтере корпуса, сервоприводов и соединительных механизмов, а также создали компьютерные модели этих элементов.

Пользователю не нужно самому составлять модули в единую конструкцию. Вместо этого он задает количество конечностей и желаемые траектории их концов, а также центра масс, который обычно расположен в корпусе робота. Для того, чтобы объединить модули в единого робота используется алгоритм, основанный на дереве поиска. Он берет модуль и дополняет его виртуальным продолжением, необходимым для того, чтобы достать до точек в пределах заданной траектории.

После этого алгоритм рассчитывает вклад модуля и виртуального продолжения и выбирает конструкцию, при котором вклад виртуальной части манипулятора будет минимальным. На следующих шагах алгоритм добавляет новые модули и проделывает аналогичную процедуру до момента, когда конструкция, состоящая только из настоящих модулей будет способна выполнять заданные движения.

Разработчики протестировали работу алгоритма на двух типах виртуальных моделей, которые часто используются в робототехнике — манипуляторах и шагающих роботах. После этого они создали два реальных робота, имеющих четыре ноги — роботизированный аналог собаки, а также тетраэдрального робота, стоящего на трех ногах и перемещающегося за счет еще одной.

В 2015 году инженеры из Disney Research создали похожую систему, позволяющую создавать роботов из стандартных модулей и умеющую в полуавтоматическом режиме создавать походку робота, учитывающую его морфологию. А недавно группа инженеров под руководством Кацу Яманэ представила другую разработку, позволяющую создателям роботов не разрабатывать алгоритмы для шагающих роботов. Они создали алгоритм и обучающую среду, позволяющие роботам самостоятельно учиться походке и подстраиваться под изменение количества и формы конечностей без участия человека.

Григорий Копиев