Четвероногого робота научили смотреть под ноги
Инженеры из Италии и Великобритании разработали алгоритм для четвероногих роботов, позволяющий им планировать свои шаги, опираясь на данные с визуальных датчиков. Благодаря тому, что алгоритм работает в реальном времени, робот может реагировать на толчки и другие вмешательства, возникшие уже после поднятия ноги, рассказывают авторы работы, которая будет представлена на конференции IROS 2018.
Многие четвероногие роботы во время ходьбы рассчитывают примерную траекторию, опускают ногу на поверхность вслепую, и останавливают ее, когда обнаруживают контакт с поверхностью. Этого достаточно во многих случаях, но, к примеру, при наличии глубоких ям на поверхности робот просто упадет в одну из них, опуская ногу в ожидании контакта. Более совершенные роботы, которые опираются на визуальные данные, защищены от таких ситуаций, но почти все из них имеют другой недостаток — расчет траектории ног происходит перед каждым шагом и такое движение будет успешным только при условии, что во время шага робот не столкнулся в внешними возмущениями, такими как толчок в бок.
Клаудио Семини (Claudio Semini) и его коллеги из Итальянского технологического института и Оксфордского университета разработали систему, позволяющую роботу исключительно с помощью своих датчиков и компьютера постоянно отслеживать расположение препятствий на пути и воздействия, оказанные на него уже во время совершения шага.
Разработчики адаптировали алгоритм для разработанного несколько лет назад четвероногого робота HyQ. Его ноги имеют три степени свободы и двигаются благодаря гидравлическим приводам. Он оснащен большим количеством датчиков: гироскопом, акселерометром и датчиками положений сегментов ног для сбора данных о самом себе, а также камерой глубины и лидаром для отслеживания окружающей обстановки.
Данные с этих датчиков отдаются планировщику движений, включающему в себя сверточную нейросеть, которая в реальном времени размечает рельеф перед ней на зоны, в которые робот может наступать, и зоны, опасные для шагов. Поскольку задержка сбора данных с датчиков составляет около миллисекунды, а их обработка нейросетью занимает 0,1 миллисекунды, робот может не только планировать шаги в обычной обстановке, но и менять свою траекторию, если его толкнули или потянули, даже когда нога уже опускается на поверхность.
Недавно другая группа инженеров создала алгоритм планирования движения для двуногого робота, позволяющий ему ходить по препятствиям разной высоты, и применять для этого быстрые, но более сложные и нестабильные динамические движения, похожие на используемые людьми.
Григорий Копиев
Пока лишь со скоростью 1,6 миллиметра в секунду
Американские инженеры разработали робота, способного автономно передвигаться в толще сыпучего материала, проталкивая себя вперед с помощью двух конечностей, напоминающих плавники. В испытаниях робот продемонстрировал способность передвигаться в песке на глубине около 127 миллиметров со скоростью до 1,6 миллиметра в секунду. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Сыпучие материалы, такие как песок, мягкие почвы, снег или лунный реголит, представляют собой довольно сложную среду для передвижения. Объекты, движущиеся в их толще, испытывают высокое сопротивление, возрастающее с глубиной погружения. Кроме того, сыпучая среда ограничивает возможности зондирования и обнаружения препятствий. Тем не менее инженеры пытаются создать роботов, способных передвигаться в таких условиях. Например, американские разработчики представили прототип робочервя, способного двигаться в толще песка. Для снижения сопротивления он выдувает перед собой воздух, и одновременно разматывает мягкую оболочку своей передней части, выталкивая ее вперед, в то время как остальное тело остается неподвижным. Это позволяет значительно снизить сопротивление движению. Однако для его работы требуется воздух, который приходится подводить с поверхности. Создать робота, который смог бы передвигаться в песке автономно, решили инженеры под руководством Ника Гравиша (Nick Gravish) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Разработанный ими робот перемещается, проталкивая себя вперед через толщу сыпучей среды с помощью двух гибких конечностей, напоминающих плавники морской черепахи. Конечности состоят из пяти звеньев. Каждое звено способно вращаться относительно предыдущего, но углы их отклонений ограничиваются с помощью фиксаторов. В движение оба плавника приводятся через червячную трансмиссию с помощью единственного электромотора. При этом трансмиссия воздействует только на первые ближайшие к корпусу звенья. Благодаря фиксаторам, ограничивающим углы поворотов звеньев, при движении вперед конечности изгибаются, испытывая меньшее сопротивление среды, а при движении назад наоборот, распрямляются, позволяя роботу отталкиваться от песка. На концах конечностей разработчики поместили сенсоры, с помощью которых робот может обнаруживать расположенные сверху объекты. Корпус робота длиной около 26 сантиметров имеет прямоугольное сечение и утолщение в передней части, которое позволяет снизить сопротивление песка при движении. Нос робота заострен и имеет наклонную поверхность сверху, которая необходима для компенсации подъемной силы, возникающей при движении в песке. С этой же целью по бокам после проведенных тестов пришлось разместить два дополнительных наклонных неподвижных плавника, так как робот имел тенденцию задирать нос при движении под действием выталкивающей силы. Чтобы избежать попадания песчинок в механизм, конечности поместили в чехлы из нейлоновой ткани. Разработчики протестировали робота, погруженного на глубину 127 миллиметров в песок, сначала в небольшом искусственном резервуаре, а после в естественных условиях в песке на пляже. В сухом песке робот смог развить скорость 1,6 миллиметра в секунду. В более влажном песке на пляже робот двигался медленнее, со скоростью около 0,57 миллиметра в секунду. В будущем инженеры планируют увеличить скорость передвижения робота, а также научить его самостоятельно погружаться в песок. Ранее мы рассказывали об исследовании, в котором физики выяснили, что происходит со структурой песка при передвижении по нему с помощью прыжков. Они обнаружили, что при правильно подобранном времени задержки между приземлениями и новым толчком, можно увеличить высоту прыжка на 20 процентов и даже больше.