Поворотные роторы позволили дрону прижаться к высотным конструкциям
Канадская компания Skygauge Robotics представила дрон с поворотными роторами и креплением для манипулятора, датчика или другого оборудования. Такая конструкция позволяет оставлять центральную часть аппарата в горизонтальном положении, наклоняя роторы в нужную сторону, а также обеспечивает прижимающую силу для контактных работ на высоте.
Большинство небольших гражданских беспилотников — мультикоптеры, винты в которых расположены параллельно друг другу в горизонтальной плоскости. Для движения в сторону тяга винтов на одной стороне увеличивается, а на другой снижается, за счет чего дрон наклоняется в нужном направлении. Это упрощает и удешевляет конструкцию, и во многом благодаря этому квадрокоптеры стали настолько популярными.
Такая схема управления полетом, однако, применима не всегда. Например, при выполнении контактной ультразвуковой дефектоскопии металлических конструкций датчик необходимо вплотную прислонять к определенной точке конструкции, что практически невозможно сделать с обычным мультикоптером, так как он может потерять равновесие.
Skygauge Robotics разработала дрон, который может прислонять эффектор к конструкциям и сохранять стабильное горизонтальное положение. Дрон выполнен по схеме квадрокоптера, но имеет сдвоенные роторы. Особенность конструкции заключается в том, что роторы могут поворачиваться, причем это реализовано благодаря двум поворотным приводам. Обычно дроны с отклоняемым вектором тяги создаются на базе одиночных поворотных приводов: например, такой аппарат для контактной инспекции в середине 2019 года создали швейцарские инженеры.
Помимо совмещения горизонтального положения и стабильного усилия конструкция позволяет дрону скользить по изгибающейся поверхности, например, трубе, а инструмент на конце эффектора можно заменять на нужный для конкретной задачи. Пока компания не продемонстрировала финальный прототип в полете, но показала работу приводов наклона на стационарном дроне, в том числе и на публичной выставке.
Дроны с эффекторами нужны не только для инспекции созданных человеком конструкций, но и, к примеру, для осмотра деревьев и дупел в них. В 2016 году швейцарские инженеры решили эту задачу, создав дрон с манипулятором и стереокамерой, причем он умеет автономно создавать объемную карту дерева и дупла.
Григорий Копиев
А также летать, ездить и самостоятельно прокладывать маршрут
Инженеры разработали робота-трансформера под названием Morphobot M4, который может ездить как четырехколесный ровер, летать как квадрокоптер, ходить как четвероногий робот и стоять вертикально, балансируя на двух ногах-колесах. Кроме того он способен комбинировать эти режимы, чтобы преодолевать встречающиеся на пути препятствия. Робот оснащен автономной системой навигации и может самостоятельно прокладывать маршрут, выбирая подходящий режим передвижения. Благодаря таким возможностям Morphobot сможет применяться для широкого спектра задач, оптимально расходуя энергию. Статья опубликована в журнале Nature Communications. Большинство из существующих сегодня типов роботов не универсальны и не могут передвигаться в любых условиях одинаково эффективно. К примеру, мультикоптеры тратят много энергии в полете и поэтому могут находиться в воздухе непродолжительное время, а колесные и ходячие роботы обладают более высокой энергоэффективностью, но ограничены передвижением по относительно ровной поверхности. Инженеры пытаются обойти эти ограничения через создание гибридных конструкций. Например, американские инженеры совместили квадрокоптер с ходячим двуногим роботом, а разработчики из Кореи собрали гибрид коптера с колесным ровером. Большинство подобных проектов объединяет один недостаток: часть конструкции робота, предназначенная для передвижения в одной среде, никак не используется при движении в другой, выступая лишь в качестве пассивного груза. Инженеры под руководством Мортезы Гариба (Morteza Gharib) из Калифорнийского технологического института решили создать гибридного робота, все части конструкции которого принимают участие в разных типах движения. В результате у них получился робот-трансформер Morphobot M4, который представляет собой гибрид квадрокоптера и четырехколесного робота. Его масса около шести килограмм, а многие детали выполнены из углеволокна и с помощью 3D-печати. В режиме колесного ровера длина робота составляет 0,7 метра, а ширина и высота 0,35 метра. Четыре колеса робота диаметром 0,25 метра расположены на концах балок, которые играют роль подвижных конечностей. Они могут отклоняться сервомоторами в двух направлениях продольно и перпендикулярно в сторону от корпуса. Колеса приводятся в движение отдельными электромоторами. При трансформации в квадрокоптер обода выступают в роли защитных бамперов для воздушных винтов, расположенных внутри колес с электромоторами в осях, а четыре конечности робота разворачиваются, направляя плоскости пропеллеров параллельно поверхности земли. Корпус робота в этом режиме поддерживается расположенными снизу посадочными опорами. Суммарная тяга всех четырех винтов составляет около девяти килограмм. Morphobot может комбинировать два основных режима, например, для того чтобы преодолевать препятствия, которые он не может переехать. Для этого роторы в одной части робота разворачиваются в полетный режим, а вторая пара конечностей продолжает опираться на колеса. Таким образом робот может забираться на крутые склоны с наклоном больше 45 градусов, затрачивая меньше энергии, чем при полноценном полете в режиме квадрокоптера. Также используя пару винтов только с одной стороны М4 может принять вертикальное положение, балансируя на двух колесах, напоминая при этом двуногий ходячий робот. В режиме ровера М4 может регулировать высоту корпуса относительно поверхности, выдвигая конечности с колесами вперед и назад. Это может пригодиться для преодоления препятствий с ограничением по высоте. Робот также может ходить как четвероногий, перебирая конечностями с колесами как ногами, это может пригодится для преодоления неровностей на пути. Помимо этого, М4 способен использовать конечности с колесами в роли манипуляторов, ухватывая и удерживая предметы с помощью колесных ободов. В качестве примера разработчики продемонстрировали, как робот удерживает таким образом небольшой шар, балансируя при этом на двух колесах в вертикальном положении. Morphobot может передвигаться автономно, трансформируясь в наиболее подходящий в текущей ситуации режим. Для низкоуровневого управления используются два отдельных микроконтроллера, которые отвечают за движения колес и конечностей в режиме ровера и за полет в режиме коптера. Навигация и планирование маршрута происходят с помощью компьютера Jetson Nano, который использует данные об окружении, поступающие со стереокамеры Intel RealSense. На борту также есть инерционный измерительный модуль, средства беспроводной коммуникации для удаленного управления и батарея емкостью 4000 миллиампер-час. https://www.youtube.com/watch?v=S4eQXXxUnNE По словам разработчиков, такие способности позволят использовать подобных роботов-трансформеров для широкого спектра задач, например, для поиска и спасения людей во время стихийных бедствий, или в качестве робота для исследования космоса. Ранее мы рассказывали о другом дроне-трансформере с необычной конструкцией под названием DRAGON, которого построили японские инженеры. Он состоит из нескольких сегментов, может менять форму прямо в полете, захватывать предметы, огибая их с двух сторон и поворачивать вентили.