Робота научили спасаться от падения с помощью рук

Американские инженеры разработали алгоритм для двуногих роботов, позволяющий им использовать находящиеся рядом поверхности для удержания равновесия. К примеру, если находящегося возле стены робота толкнуть, он быстро рассчитает оптимальный угол между частями тела и упрется рукой в стену, рассказывают разработчики в статье, представленной на конференции ICRA 2018.

Двуногие роботы привлекают инженеров тем, что потенциально их возможности, например, проходимость на пересеченной местности, выше, чем у колесных или гусеничных роботов. Тем не менее, пока они находятся на раннем этапе своего развития и даже многие передовые разработки, в том числе участвующие в конкурсе DARPA Robotics Challenge, плохо справляются с нестандартными ситуациями, такими как толчки в бок или выскользнувший из под ноги камень. Дело в том, что большинство двуногих роботов используют квазистатические движения, при которых проекция центра масс робота всегда находится внутри пятна контакта ноги с поверхностью. Из-за этого они выходят из равновесия при заметных отклонениях и падают.

В качестве решения этой проблемы инженеры предлагают два разных подхода, похожих на то, как удерживают равновесие люди. Один из них предполагает использование динамических движений — тогда робот сохраняет равновесие, быстро переставляя ноги. Другой подход подразумевает, что робот может использовать для спасения себя от падения не только собственные части тела, но и окружающие предметы, например, стены или поручни. Шихао Ван (Shihao Wang) и Крис Хаузер (Kris Hauser) из Университета Дьюка выбрали второй подход и научили двуногого робота быстро анализировать окружающую обстановку и использовать объекты из нее в качестве опоры.

Созданный инженерами алгоритм решает три задачи: обнаруживает падение и прогнозирует его направление, использует руку робота для остановки падения и, если рука вытянута не слишком сильно, позволяет роботу оттолкнуться и вернуться в исходное положение. Разработчики упростили модель, описывающую робота, до трех жестких секций, соединенных двумя суставами. Это позволило адаптировать алгоритм для работы в реальном времени. Кроме того, алгоритм работает корректно только при падении ровно вбок или вперед без кручения и других движений.

Инженеры использовали в своей работе готового робота ROBOTIS Darwin Mini, дополненного одноплатным компьютером Raspberry Pi 3, девятиосевым инерциальным блоком и датчиком касания, установленным на конце руки. В нынешней версии робота инженеры не установили камеру или другой датчик и предварительно загружали в него данные об окружающих поверхностях и расстоянии до них. После того как алгоритм обнаруживает падение, он анализирует расположение робота относительно находящихся в направлении падения поверхностей и подбирает такое взаимное расположение ног, корпуса и рук, которое позволит ему опереться о поверхность и не упасть после этого. После остановки робот использует ту же модель и анализирует, может ли он оттолкнуться от поверхности и вернуться в исходное положение.

Инженеры рассказали, что в будущем планируют установить в робота камеры и в реальном времени анализировать окружающую обстановку без использования предварительных данных. Кроме того, они планируют доработать алгоритм для обнаружения падения во время ходьбы.

В 2015 году другая группа американских инженеров создала алгоритм, позволяющий двуногим роботам смягчать удар при падении. Он определяет нужную последовательность контакта частей конструкции робота с поверхностью чтобы максимально снизить силу удара. При этом в некоторых случаях робот не только вытягивает руки вперед, но и перекатывается через спину.

Григорий Копиев