Робот Salto стал автономным и научился прыгать на улице
Американские инженеры разработали новую версию одноногого робота Salto-1P, который способен с помощью прыжков поддерживать себя в вертикальном положении и забираться на высокие препятствия. Обновленный робот не нуждается во внешней системе отслеживания движений и полагается на свои датчики, что позволяет использовать его на улице или в любом помещении, рассказывает IEEE Spectrum. Разработка была представлена на конференции ICRA 2019.
Первую версию робота Salto инженеры из Калифорнийского университета в Беркли создали в 2016 году. Он имеет одну ногу из нескольких сегментов, а также «хвост» — продолговатый маховик с двумя грузами на концах, позволяющий роботу наклоняться вперед и назад. Изначально инженеры использовали его для относительно простой задачи — подпрыгивания и отталкивания от стены. По своей конструкции Salto представляет собой подпружиненный обратный маятник, движением которого можно управлять, меняя интенсивность отталкивания ноги и угол ее наклона относительно корпуса и поверхности. Основы теории управления подпружиненным обратным маятником в 1980-х годах заложил Майк Рэйберт, впоследствии основавший Boston Dynamics, специализирующуюся на двуногих и четвероногих роботах.
В 2017 году инженеры представили Salto-1P — новую версию робота, которому добавили два винта, позволяющих управлять вращением робота вокруг вертикальной оси и его наклоном вбок. Кроме того, инженеры доработали алгоритм управления роботом для большей точности его прыжков. Однако робот по-прежнему имел серьезный недостаток, не дававший применять его на практике. Дело в том, что для расчета параметров прыжков ему необходимы точные данные о своем положении, получаемые от внешней высокоточной системы захвата движения. Она состояла из инфракрасных маркеров на самом роботе и нескольких камер в помещении.
Новая версия робота способна получать необходимые данные самостоятельно, что позволяет использовать робота в практически любых условиях, в том числе и на улице:
Инженеры решили не использовать датчики, измеряющие внешние параметры, и решили обойтись показаниями самого робота. В качестве исходных данных алгоритм управления роботом получает показания датчиков угла поворота, установленных на сочленениях сегментов ноги, электродвигателе ноги и двигателе, а также показания инерциального блока, измеряющего общее ускорение и вращение робота. Алгоритм принимает команду от пользователя, рассчитывает параметры прыжка, в том числе скорости начала прыжка и приземления, а также углы наклона корпуса. После каждого прыжка он сравнивает расчетные параметры с фактическими и корректирует модель с учетом ошибки.
Разработчики провели эксперимент с роботом, во время которого он прыгал, полагаясь на свои показания, но его движения также отслеживались внешней системой. За более чем 200 секунд робот совершил более 300 прыжков, а рассчитанное им положение после эксперимента отличалось на два метра, то есть ошибка определения местоположения составляет менее сантиметра на прыжок.
В 2016 году своего одноногого робота показали инженеры из Disney. Он имеет другую конструкцию, состоящую из односегментной подпружиненной ноги и отклоняющегося в любую сторону корпуса.
Григорий Копиев
Это позволяет тратить в пять раз меньше энергии, чем при полете
Стартап Revolute Robotics из Аризоны разработал гибридного робота, который способен как летать, так и ездить по поверхности. Он представляет собой квадрокоптер, закрепленный на кардановом подвесе внутри металлической клетки сферической формы. Она защищает дрон от повреждений при столкновении с препятствиями, а также выступает в роли опоры при движении по земле, так как благодаря подвесу может свободно вращаться вокруг дрона во всех направлениях. По замыслу разработчиков, робот будет использовать для дистанционного обследования технического состояния оборудования и охраны объектов, сообщает издание New Atlas. Идея о размещении дронов целиком внутри защитного каркаса не нова. Несмотря на дополнительный вес, такой подход позволяет защитить дрон со всех направлений от повреждений при столкновении с препятствиями. Особенно это актуально при полетах в тесных помещениях с большим количеством объектов, например, с целью инспекции состояния оборудования технических сооружений. Такой дрон, к примеру, сделала швейцарская компания Flybotix. Разработанный ею бикоптер имеет защиту в виде почти сферической сетки, полностью покрывающей беспилотник. Схожую конструкцию для защиты дрона использовали и японские инженеры. Однако у предложенного ими варианта была особенность — сферическая защитная клетка, состоящая из двух независимых полусфер, имела возможность свободно вращаться вокруг двух осей, благодаря чему соприкосновение с препятствием меньше влияло на траекторию полета. Дрон, разрабатываемый стартапом Revolute Robotics, также помещен внутрь металлической защитной сетки сферической формы, которая способна вращаться вокруг беспилотника. Но благодаря карданному подвесу, которым квадрокоптер изнутри соединен со сферической оболочкой, это вращение может происходить не по двум осям, а в любом направлении. Эту способность инженеры решили использовать — робот может не только летать, но и ездить по поверхности, используя собственную защитную оболочку в роли всенаправленного колеса. https://www.youtube.com/watch?v=YUcwM7pCZkk Перемещение по поверхности происходит с помощью воздушных винтов дрона, который может наклоняться внутри свободно вращающейся вокруг него сферической оболочки в нужном направлении, регулируя скорость и направление движения. Упругая конструкция клетки и колец подвеса сглаживает толчки и удары, выполняя роль амортизатора. Регулируя уровень тяги пропеллеров, робот способен взбираться по крутым склонам, а при встрече с препятствием, которое нельзя переехать, может просто облететь его по воздуху. При этом на полет тратится в пять раз больше энергии, поэтому передвижение по поверхности оказывается предпочтительнее. В качестве полезной нагрузки робот может нести камеры, лидары и другие сенсоры. Поэтому его можно будет использовать, например, для составления трехмерных карт объектов и обследования технического состояния оборудования и инженерных сооружений, в том числе для инспекции труб. Другим возможным применением робота, по мнению разработчиков может стать охрана территории. Впрочем, защитный каркас — не всегда наилучшее решение, ведь дополнительный вес защиты будет уменьшать время работы дрона. Поэтому инженеры компании Cleo Robotics, которые разработали дрон Dronut X1 специально для работы в помещениях, применили другой подход. Два соосных несущих винта дрона X1 находятся полностью внутри похожего на пончик корпуса, и поэтому надежно защищены от встречи со стенами и другими препятствиями.