Американские инженеры создали систему для удаленного управления экспериментальным двуногим роботом. Ее отличие от большинства подобных систем заключается в том, что оператор не только управляет движением робота, но и получает обратную связь — например, когда робота толкают. Кроме того, разработчики использовали в системе пропорциональную передачу движений, учитывающую разницу в размерах, массе и конструкции между человеком и роботом. Статья опубликована в журнале Science Robotics.
В последние годы в области ходячих роботов произошел резкий скачок развития. Некоторые разработки, к примеру, робот Atlas от Boston Dynamics, уже обладают впечатляющими возможностями. Однако даже их недостаточно для полноценного применения. Например, одна из самых перспективных областей применения двуногих роботов — устранение последствий природных и техногенных катастроф. Чтобы робот мог полноценно заменить спасателей в таких условиях, он должен не только шагать по развалинам, сохраняя равновесие, но и открывать двери, поворачивать краны, двигать большие конструкции и выполнять другие простые для людей, но сложные для машин действия.
У создания универсальных роботов есть альтернатива в виде телеуправления. Это позволяет частично использовать человека вместо сложных алгоритмов управления и датчиков. Однако у многих существующих телеуправляемых роботов есть недостатки. Главный из них заключается в отсутствии у многих таких разработок обратной связи. Кроме того, даже если она есть, синхронизация движений между оператором и роботом обычно не учитывает разницу в пропорциях, скорости движения и других важных параметрах.
Жуан Рамос (Joao Ramos) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и Санг-Бэ Ким (Sangbae Kim) из Массачусетского технологического института создали двуногого робота Little HERMES, названного так по аналогии с более ранним и большим по размеру роботом HERMES. Он представляет собой двуногую конструкцию с двухсекционными ногами. Между собой, а также с общим центром ноги связаны мощными актуаторами. Кроме того, в основании каждой ноги установлено по четыре пьезоэлектрических датчика давления. Поскольку инженеры решали в рамках этой работы частную задачу, а не создавали полноценного универсального робота, он крепится штангой, удерживающей его и не дающей падать вперед или назад.
Робот управляется командами от стенда, на котором располагается оператор. Он, как и робот, механически связан со стендом с помощью двух двухсекционных штанг снизу (по одной на каждую ногу) и двух сверху, прикрепленных через жилет. Кроме того, пол, на котором стоит оператор, установлен на датчики давления, что позволяет рассчитывать силу, с которой ноги давят на пол.
Движения между оператором и роботом синхронизируются не напрямую. Вместо этого разработчики создали две модели, описывающие оператора и робота. Инженеры упростили задачу до обратного маятника, состоящего из центра масс сверху и жесткого стержня. Такая схема передачи данных о движениях позволяет корректно передавать движения между оператором и роботом, учитывая разницу в размерах.
Авторы показали на видео примеры того, что робот способен повторять движения человека при шагании и подпрыгивании вверх. Кроме того, на ролике можно видеть, что если робота толкают, он передает движение человеку, а тот компенсирует внешнее воздействие, тем самым спасая себя и робота от падения. Наконец, инженеры проверили схему со стабилизацией не в поперечной, а в продольной плоскости, при которой робот двигается вперед, когда человек шагает на месте.
Телеуправляемых роботов ранее создавали и другие инженеры. К примеру, в 2017 году такого робота представила Toyota. А европейские инженеры с 2018 года развивают проект телеуправляемого робокентавра. В конце года они научили его считывать положение тела человека и повторять его. Таким образом можно не только двигать самого робота, но и, например, поднимать предметы.
Григорий Копиев