Дрон помог роботу забраться на возвышенность с помощью троса
Японские инженеры разработали систему из дрона и наземного робота, работающих в паре. Дрон с высоты создает объемную карту местности, а также помогает роботу забираться на возвышеннсти. Для этого аппараты связаны тросом, конец которого дрон может закрепить в нужной точке, после чего робот натягивает трос с помощью лебедки и поднимается наверх, рассказывают авторы статьи, которая будет представлена на конференции ICRA 2019.
Как правило, разработчики робототехники используют в своих разработках наземных роботов или гражданские мультикоптеры. Оба типа аппаратов имеют свои неоспоримые преимущества. Наземные роботы могут перевозить на себе большие грузы и тратить на это мало энергии, а дроны способны проводить съемку с высоты и без проблем забираются на высокие здания и другие объекты. Некоторые инженеры предлагают объединять оба типа в одном аппарате, а другие считают, что перспективнее использовать аппараты обоих типов в паре. К примеру, недавно китайские инженеры создали систему из робота и дрона, которые совместно строят карту местности и благодаря этому исследуют среду более эффективно, чем каждый аппарат поодиночке.
Группа инженеров из Токийского университета под руководством Коити Хори (Koichi Hori) дополнила эту концепцию тросом, помогающим роботу добраться в труднодоступные места, куда без проблем может попасть летательный аппарат. Квадрокоптер, использованный в работе, оснащен вычислительным модулем, платой контроля полета, широкоугольной камерой, времяпролетным датчиком и лазерным дальномером. Во время полета он постоянно создает вокруг себя объемную карту местности, в которой поверхности представлены в виде вокселей (объемный аналог пикселя).
Дрон постоянно пересылает актуальную версию карты роботу, который отвечает за планирование траектории продвижения. Робот оснащен гусеничным приводом, а также собственным вычислительным модулем и лебедкой с тросом, конец которого закреплен на дроне.
При выполнении задачи дрон взлетает над роботом и сканирует окружающее пространство. Робот на основе этих данных распознает препятствия и подъем, на который ему необходимо взобраться. После подлета к подъему дрон ищет вертикально стоящий объект, способный выступать в качестве точки закрепления крюка. Когда дрон обнаруживает такой объект, он облетает его несколько раз и обматывает вокруг него трос, а затем закрепляет на тросе крюк. После этого робот может использовать лебедку для того, чтобы натянуть трос и затащить себя наверх.
Инженеры протестировали концепцию в нескольких условиях. Основным тестовым полигоном было помещение их лаборатории, где они создали полосу препятствий с крутым подъемом. Кроме того, они показали, что робот способен подниматься на тросе на вертикальные стены и лестницы с большими ступенями.
Ранее другие инженеры использовали похожую коллаборативную модель с тросами, но для аппаратов одного типа. К примеру, в 2016 году американские инженеры создали двух роботараканов, способных вместе взбираться на препятствия, недоступные для них поодиночке. Сначала один из них толкает второго и помогает ему забраться, а затем второй закрепляется на каком-либо выступе и позволяет использовать себя в качестве точки опоры при натягивании троса. А в конце 2018 года инженеры из США и Швейцарии показали пару квадрокоптеров с колесами, лебедками и механизмами, позволяющими им фиксировать себя относительно пола или зацеплять другие предметы. В качестве примера применения разработчики показали, как пара таких небольших дронов открывают дверь с нажимной ручкой.
Григорий Копиев
Его можно сдавливать и растягивать во время работы
Инженеры разработали полностью мягкий бесколлекторный электродвигатель. Его статор, ротор и даже магниты сделаны из силикона. В качестве обмотки используются трубки, заполненные жидким сплавом галлия и индия. Для демонстрации возможности практического применения электромотор применили в конструкциях воздушных и водяных насосов, а также для приведения в движение тележки на колесах. Статья с описанием двигателя опубликована в журнале Soft Robotics. Роботов, состоящих полностью из мягких материалов, обычно разрабатывают для использования в областях, где требуется деликатное взаимодействие с окружающими объектами, в том числе для наблюдений за хрупкими морскими животными в их естественной среде обитания или в медицине при взаимодействии с человеком. Несмотря на то, что разработка подобных роботов ведется уже довольно давно, до сих пор одной из главных проблем остается выбор подходящего актуатора для них. Обычно применяемые в таких случаях пневматика и гидравлика не всегда подходят. Например, они не могут полноценно заменить электродвигатели для создания эффективного быстрого вращательного движения, а также требуют внешних или бортовых насосов для создания давления. https://www.youtube.com/watch?v=o-Lgy0rkvFM Этот пробел в компонентной базе решили устранить инженеры под руководством И Чэнь Мазумдар (Yi Chen Mazumdar) из Технологического института Джорджии. Они разработали четырехполюсный трехфазный синхронный бесколлекторный электродвигатель, состоящий полностью из мягких материалов. Внешний диаметр двигателя составляет 80 миллиметров, высота 40 миллиметров, а диаметр ротора 10 миллиметров. Статор изготавливается из мягкого легко деформируемого силикона. На нем расположены шесть катушек, в качестве обмоток на которых вместо медных проводов используются мягкие силиконовые трубки с внутренним диаметром 1,3 миллиметра. Они заполнены жидким при комнатной температуре проводящим сплавом галлия и индия. На роторе расположены четыре мягких постоянных магнита, образующие вместе цилиндр. Они также изготовлены из силикона с добавлением намагниченных частиц неодима железа и бора. Магниты вставлены в оболочку из термопластичного полиуретана, внутренняя часть которой покрыта полиэтиленом и графитовой смазкой для снижения силы трения между соприкасающимися подвижными поверхностями. На внешней стороне полиуретановой оболочки расположены мягкие магнитные сенсоры, необходимые для контроля скорости и положения вращающегося ротора с постоянными магнитами. Сенсоры представляют собой магнитные контакты, выполненные в виде гибких проводящих пластин с нанесенным на них слоем из силикона с добавлением углерода для проводимости и микрочастиц самария-кобальта для придания магнитных свойств. Во время вращения пластины сенсоров поочередно отклоняются или притягиваются магнитным полем четырех постоянных магнитов сердечника, размыкая и замыкая контакты. Без нагрузки двигатель может развивать до 4000 оборотов в минуту и выдает крутящий момент до 3 миллиньютона на метр. Максимальная мощность, развиваемая двигателем, составляет 240 милливатт при 2000 оборотах в минуту и моменте силы 1,25 миллиньютона на метр. Вертикальное сжатие на 37,5 процента и радиальное растяжение на 25 процентов практически не влияют на скорость вращения и эффективность мотора. Однако радиальное сжатие более чем на 13 процентов приводит к остановке двигателя из-за возросших сил трения. Кроме этого, сжатие электромагнитных катушек вызывает изменение их сопротивления, которое может быть отслежено по изменению тока и использовано как способ управления состоянием двигателя. Например, нажатие на отдельные катушки можно использовать для выключения или изменения скорости вращения, что и реализовали авторы работы. Для демонстрации возможностей мотора инженеры построили воздушный насос с мягким корпусом, мягкий водяной насос, а также испытали тягу электромотора под водой, прикрепив к ротору мягкий водяной винт. В последнем случае двигатель был установлен на салазки для снижения силы трения, в результате чего он развил скорость 4,4 сантиметра в секунду под действием тяги винта. Также разработчики продемонстрировали что мягкий электромотор может использоваться в конструкциях с жесткими элементами, в тех же задачах что и традиционные электромоторы. Например, мягкий электромотор привел в движение тележку на колесах с помощью приводного ремня и системы из шестерней, а также был использован в качестве двигателя в приводе водяного и воздушного насосов. Ранее мы рассказывали о квадрокоптере SoBAR с мягкой надувной рамой, которая может поглощать энергию удара при столкновении дрона с препятствиями. Благодаря низкой скорости отскока дрон может быстро контроль над полетом после столкновения.