Пневматического робота отучили сминаться при сматывании в катушку

Американские инженеры решили проблему сминания мягкого пневматического робота, установив в головную часть электромоторы с роликами. Благодаря этому робот сматывается обратно по той же траектории, по которой изначально разворачивался, и практически не воздействует на окружающую среду, говорится в препринте на arxiv.org.

Мягкие роботы — одно из экспериментальных направлений в современной робототехнике. Для решения реальных задач они пока что практически не используются, однако обладают рядом преимуществ перед жесткими конструкциями — не боятся ударов, сдуваются для транспортировки или хранения, а также могут безопасно использоваться рядом с людьми и животными, поскольку мягкий корпус сильно понижает риск травмы.

При этом у мягких роботов существуют и очевидные минусы — они боятся острых препятствий и проколов, а если работают на пневматике, то им требуется внешний компрессор. Кроме того, иногда простота конструкции приводит к появлению и других специфических проблем, которые инженерам приходится решать. Например, надувное тело в некоторых условиях может смяться и изменить запланированную траекторию движения робота.

Именно с такой проблемой столкнулась группа инженеров из Стэнфордского университета под руководством Маргарет Коэд (Margaret M. Coad). Созданный ими пневматический робот состоит из катушки и надувного хвоста, который способен постепенно надуваться и «расти» вперед. В основании хвоста установлены направляющие актуаторы, позволяющие менять направление хвоста, проникая в труднодоступные места. Катушка в компактном виде хранит сдутую оболочку и постепенно разматывает или сматывает ее. При сматывании робота обратно в катушку (такой режим авторы назвали инверсией) он может вместе с надувной оболочкой собрать образцы материала, и, по задумке авторов это должно происходить с минимальным воздействием на окружающую среду.

При тестировании выяснилось, что при достижении неудачного соотношения длины хвоста и изгиба робот в режиме инверсии сминается с одной стороны и вместо втягивания внутрь начинает двигаться вбок, двигая окружающие объекты и перемешивая образцы забираемого материала. Проведя моделирование, инженеры установили пороговые значения, при которых робот начинает заминаться, а также выяснили, что этого вообще не должно происходить, если точка приложения усилия к оболочке будет расположена на конце хвоста, а не в его основании.

Для того, чтобы переместить активную точку сматывания от основания хвоста (катушка) к его концу, инженеры разработали конструкцию из кольца с роликами и электромоторами, через которую пропускается оболочка. У модифицированного робота именно ролики, установленные в конце хвоста, отвечают за приложение силы при сматывания оболочки, в то время как катушка в основании лишь выбирает слабину.

Экспериментальная проверка показала, что благодаря такой конструкции робот действительно не сминается — при сматывании хвост возвращается по той же траектории, по которой он «рос». Кроме того, кольцо с роликами исключило смазывание образцов телом робота и теперь он не перемешивает даже несколько материалов, забранных в одной точке. Единственный ощутимый минус конструкции, установленной в конце хвоста, заключается в том, что она ограничивает габариты частиц, которые может собрать робот, но это, по словам авторов, решается установкой комплектов из кольца и роликов с другими размерами.

Есть и другой способ решить проблему сминания пневматических роботов — например, разбить тело на отдельные сегменты, каждый из которых сам по себе прямой, а общий изгиб конструкции происходит благодаря межсегментным сочленениям. Именно так поступили инженеры из Токийского технологического института, построившие двадцатиметровую надувную робозмею.

Николай Воронцов