Нестабильного робота научили ездить во все стороны

Британский инженер разработал робота, имеющего конструкцию обратного маятника и способного передвигаться в любом направлении. В нем установлены две пары колес Илона, позволяющие двигаться в любом направлении без поворота колес. Разработка была представлена на конференции ICRA 2019.

Представленный робот по сути представляет частный случай обратного маятника. В такой конструкции, в отличие от обычного маятника, точка опоры находится ниже центра масс, из-за чего, будучи в вертикальном положении, он всегда нестабилен. Для поддержания обратного маятника в вертикальном положении точку его опоры необходимо постоянно смещать. Этот принцип часто применяется на практике в различных устройствах, к примеру, Segway и других гироскутерах. Кроме того, похожие принципы управления используются в ракетах, в которых двигатели, создающие реактивную тягу, находятся ниже центра масс и тем самым вызывают нестабильность.

Инженер Мэттью Уотсон (Matthew Watson) из Шеффилдского университета разработал робота, который, в отличие от гироскутеров, может двигаться в любую сторону без поворота корпуса. Такие способности робот имеет благодаря применению колес Илона. Они были разработаны в 1970-х годах инженером Бенгтом Илоном и наиболее часто применяются в вилочных погрузчиках на складах. Каждое колесо состоит из круглого основания и закрепленных под углом роликов. Меняя крутящий момент на разных колесах машина может сдвигаться в нужном направлении, не поворачивая корпус.

В своем роботе Уотсон использовал четыре таких колеса, но они расположены вдоль одной оси в виде двух пар. Статья, представленная на ICRA 2019, пока не опубликована, но некоторые выводы об устройстве робота можно сделать исходя из другой статьи, описывающей предыдущую версию разработки. В том роботе инженеры использовали для управления положением робота четыре двигателя с датчиками угла поворота, а также по три гироскопа и акселерометра.

Создав модель, связывающую параметры вращения колес и параметры движения всей конструкции, инженеры создали алгоритм управления роботом, позволяющий ему передвигаться в любом направлении. На ролике можно видеть, что робот способен передвигаться даже по сложным траекториям, к примеру, совмещая поступательное движение с вращательным.

Ранее конструкцию обратного маятника применяли другие разработчики роботов и дронов. Например, недавно одноногого робота Salto-1P сделали автономным, научив самостоятельно отслеживать параметры своего движения. Он передвигается, постоянно прыгая на одной ноге, приводимой в движение электромотором, а также управляя вращением вокруг разных осей с помощью маховика и двух винтов. А в прошлом году швейцарские инженеры научили квадрокоптер выполнять круговой оборот со стоящим вертикально шестом, не закрепленным на корпусе.

Григорий Копиев