Американские инженеры разработали систему автоматической стыковки для судов, потенциально позволяющую им объединяться в большие структуры, к примеру, временные переправы. Разработчики провели испытания системы в бассейне на двух роботах и представили результаты на конференции ICRA 2019.
Проект Roboat был представлен в 2016 году инженерами из Массачусетского технологического института и Института передовых городских решений Амстердама. Цель проекта заключается в создании небольших автономных судов, которые могли бы самостоятельно очищать дно каналов Амстердама от мусора. Кроме того, инженеры предлагают использовать таких роботов для создания временных переправ через каналы.
Для второй задачи роботы должны уметь не только самостоятельно перемещаться по каналу, но и автономно стыковаться, формируя единую большую конструкцию. Даниела Рус (Daniela Rus) и ее коллеги из Массачусетского технологического института создали стыковочный узел и алгоритм для роботов, позволяющий им автономно стыковаться даже в условиях качки.
Робот Roboat представляет собой небольшое прямоугольное судно размером 100 на 50 сантиметров с четырьмя винтами. Они расположены посередине каждой стороны корпуса, причем образуют две пары, у каждой из которых винты расположены в одной плоскости. Благодаря этому робот может быстро управлять своим движением вперед или назад, а также поворачивать. Для взаимной ориентации каждый робот оснащен камерой глубины, лидаром, а также QR-кодом, закрепленном на корпусе вертикально.
Наконец, роботы оснащены активно-пассивными стыковочными агрегатами, состоящими из двух частей. Одна часть представляет собой конус со сферическим наконечником, а вторая — воронка с лазерной системой обнаружения наконечника и электромеханическим фиксатором. Это относительно простая конструкция, позволяющая при этом менять угол между роботами в любом направлении. К примеру, при наличии волн или разной осадке роботы могут расположиться не параллельно, а под небольшим углом.
Воронка в стыковочном агрегате позволила упростить модель, описывающую поведение роботов с трехмерной до двумерной, потому что даже при сильном рассогласовании высоты роботов наконечник конуса с большой вероятностью попадет в воронку. Алгоритм, использованный инженерами для стыковки, достаточно прост и состоит из двух основных этапов.
Сначала активный робот минимизирует угол рассогласования между ним и пассивным роботом, а также сдвиг между ними. Во время этого этапа роботы не сближаются на расстояние менее метра и минимизируют рассогласование. После того, как оно стало меньше, чем границы воронки, активный робот начинает движение вперед до стыковки. Пока инженеры провели испытания лишь на паре роботов, но в будущем планируют использовать их для создания крупной переправы из нескольких аппаратов.
Концепция коллективного поведения и объединения в большие конструкции также используется и в роботах, работающих в других средах. К примеру, существуют дроны, способные объединяться в одну большую конструкцию, а также модульные роботы, помимо объединения умеющие пользоваться подручными средствами.
Григорий Копиев
Он пригодится на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов
Инженеры разработали концепцию робота для будущих миссий по изучению пещер на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов. Проект ReachBot описывает устройство с несколькими конечностями, которые способны раскладываться и дотягиваться до удаленных точек, на которых можно закрепиться с помощью захвата с металлическими шипами, сообщается в отчете NASA. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера С тех пор как орбитальные исследовательские аппараты подтвердили существование пещер под поверхностью Марса и Луны, ученые не перестают размышлять над их полноценным исследованием. Помимо ценной информации об истории формирования небесного тела, в пещерах, куда не проникают ультрафиолетовые солнечные лучи и космические заряженные частицы, могли бы сохраниться и следы внеземной жизни. До последнего времени все подвижные роботы, предназначенные для изучения других планет, разрабатывались с расчетом, что они будут передвигаться только по сравнительно ровной поверхности. Поэтому они имеют относительно простое четырех- или шестиколесное шасси, которое устойчиво и не требует много энергии, но, к сожалению, не позволяет передвигаться по крутым каменистым склонам и скалам, и потому не подходит для исследования пещер. Инженеры под руководством Марко Павоне (Marco Pavone) из Стэндфордского университета уже несколько лет работают над многоэтапным проектом ReachBot для NASA, развивающим концепцию робота, способного перемещаться по пещерам и скалам со сложным рельефом, недоступным для других видов роботов при разных уровнях гравитации. Его главная особенность заключается в необычном способе передвижения. Вместо колес или ног у него есть несколько гибких удлиняющихся конечностей, на конце которых располагаются захваты с множеством мелких металлических шипов, которые цепляются за малейшие неровности на каменной поверхности. Аналогичный способ удержания на вертикальных поверхностях применялся в прототипе робота-скалолаза LEMUR, разработанном Лабораторией реактивного движения NASA. За счет металлических шипов робот может удерживать свое положение, распределив свой вес между несколькими конечностями, пока подыскивает следующую точку опоры для одной из них. Ожидается, что ReachBot сможет передвигаться не только по стенам и потолку, но и по полу как обычный ходячий робот. Однако на данной стадии проектирования конкретной конструкции для конечностей еще нет. Разработчики оценили параметры робота для миссии по исследованию марсианской лавовой трубки с высотой от пола до потолка порядка 30 метров. Это должно быть устройство массой около 10 килограмм, с восемью конечностями, способными развертываться до 20 метров в длину, оборудованное камерами и лидаром для навигации и прокладывания маршрута, а также для картографирования окружения. На предыдущих этапах были разработаны алгоритмы движения робота на плоскости, а также построен примитивный прототип ReachBot. В качестве четырех конечностей на нем используются стальные измерительные рулетки, оснащенные механизмом поворота, который позволяет «наводить» их на объект. После чего другой механизм раскручивает рулетку, на конце которой расположен захват с металлическими шипами. Робот умеет определять положение предметов вокруг с помощью визуальных меток, дотягиваться до них конечностями, ухватываться с помощью захватов и подтягивать себя в нужном направлении. В будущем разработчики планируют построить версию, которая способна двигаться в трехмерном пространстве. https://www.youtube.com/watch?v=Q6uvS_19OcA Существуют и другие концепции исследования инопланетных пещер, куда нет доступа колесных роботам. Одна из них предполагает использование нескольких четвероногих роботов Spot Mini. Каждый из членов группы будет отличаться от других, иметь свою роль и помогать другим.