Колеса с актуаторами позволили управлять наклоном и дорожным просветом робота
Австралийские инженеры протестировали четырехколесную машину с новым типом колес, позволяющим на ходу менять высоту оси относительно земли и передаточное соотношение. Колесо содержит три линейных актуатора, которые могут двигаться и смещать втулку колеса относительно его обода, тем самым меняя характеристики движения. Статья, посвященная моделированию колеса, была представлена на конференции ICRA 2019, а видео с испытаниями прототипа опубликовано на YouTube.
Обычно для езды на пересеченной местности используют амортизаторы, позволяющие частично гасить удары, приходящиеся на колеса. Кроме того, существуют активные амортизаторы, которые могут менять жесткость или даже двигаться, немного подстраиваясь под рельеф. Существуют также альтернативные конструкции, например, колесо с тремя интегрированными амортизаторами. Как правило, их применяют инвалидных колясках или велосипедах, в которых изначально не предусмотрен амортизатор.
В 2019 году инженеры под руководством Джонатана Робертса (Jonathan Roberts) из Квинслендского технологического университета предложили использовать в таких колесах не пассивные амортизаторы, а актуаторы, способные постоянно сдвигать расположение оси вращения колеса и тем самым влиять на параметры движения. За смещение отвечают линейные пневматические актуаторы.
Быстрое изменение положения оси вращения дает два преимущества. Оно позволяет динамически менять расположение колес относительно корпуса. Например, таким образом можно подстраивать дорожный просвет между втулкой и корпусом так, чтобы корпус всегда (до определенного угла наклона) оставался в горизонтальном положении. На видео прототипа четырехколесной машины можно видеть, как она за счет новых колес меняет высоту, наклоняется и даже кренится вбок.
Еще одно преимущество заключается в том, что при постоянном смещении втулки угловая скорость вращения колеса остается неизменной, но линейная меняется. Параметры линейного движения в таком случае формируются исходя из движения мнимого колеса с радиусом, равным минимальному расстоянию от втулки до обода.
Исследования в области необычной подвески и режимов движения колес нередко применяются или предлагают применять в планетоходах. Например, в марсоходах «Кьюриосити» и «Марс-2020» применяется подвеска типа rocker-bogie, позволяющая преодолевать препятствия, вдвое превышающие диаметр колеса. А в прошлом году американские исследователи нашли режим движения колес, позволяющий с их помощью рыть относительно глубокие траншеи.
Григорий Копиев
Он плавает со скоростью 2 метра в секунду, а скорость на суше составляет 0,5 метра в секунду
Инженеры разработали беспилотник-амфибию, который может летать, плавать по поверхности воды и ездить по земле. Дрон построен по трикоптерной схеме с тремя соосными парами пропеллеров. Для движения по земле используются три всенаправленных колеса, а для плавания — два водяных винта. Чтобы дрон не утонул, на раме закреплена пенопластовая пластина. Амфибию можно использовать, например, для отбора проб и образцов в разных средах. Доклад, описывающий конструкцию, был представлен в рамках конференции International Conference on Unmanned Aircraft Systems 2023. Вместо нескольких разных роботов для выполнения задач в разных средах иногда проще использовать один универсальный аппарат. Например, для обследования состояния надводных и подводных частей мостов инженеры создали октокоптер, который может летать и плавать, используя для этого одни и те же винты. Также существуют проекты, в которых дроны получают возможность передвигаться по земле с помощью колес или ног. Благодаря этому удается значительно сократить расход энергии, которая очень быстро расходуется во время полета. Инженеры под руководством Димитриса Чайкалиса (Dimitris Chaikalis) из Университета Нью-Йорка совместили в одном дроне возможности передвижения в воздухе, по воде и по земле. Разработанный ими дрон построен по схеме трикоптера. На концах каждого из трех плечей находятся по два соосных трехлопастных пропеллера. Помимо шести воздушных винтов дрон оснащен также двумя водяными. Движение по земле во всех направлениях обеспечивается за счет трех всенаправленных колес. Так как устройство не предназначено для погружения на глубину, для сохранения положительной плавучести в центральной его части расположена пластина из пенопласта. При этом часть рамы дрона с колесами и водяными винтами находится под поплавком и остается погруженной в воду. Для защиты электронных компонентов от воды они помещены в пластиковый герметичный корпус. Управление одиннадцатью актуаторами дрона происходит с помощью двух отдельных полетных контроллеров PixHawk, один из которых отвечает за полет, а второй за езду и плавание. В роли бортового компьютера высокого уровня, отвечающего за навигацию и планирование маршрута, выступает Intel NUC. Заряда аккумулятора емкостью 12 ампер-час хватает на 18 минут полета, максимальная масса которого не превышает десяти килограмм. В испытаниях дрон взлетал с поверхности воды, после нескольких минут полета приземлялся и продолжал движение на колесах. Скорость передвижения по суше составила 0,5 метра в секунду, а по воде — около 2 метров в секунду. Разработчики отмечают и минусы конструкции: пенопласт впитывает воду, его масса увеличивается на 20 процентов в течение 30 минут, проведенных в воде. При этом обратный процесс происходит медленнее — на воздухе потеря 20 процентов дополнительного веса происходит за 100 минут. Этот эффект в будущем будет учтен в системе управления дроном. Другой способ справиться с впитыванием влаги — водоотталкивающее покрытие, однако оно также увеличивает общий вес конструкции. У этого беспилотника, как и у большинства других гибридных дронов, части конструкции, которые используются для передвижения по земле, никак не используются в остальных режимах. Ранее мы писали про дрон-трансформер Morphobot M4, разработчики которого пошли другим путем. Беспилотник может ездить по поверхности как четырехколесный ровер, а в нужный момент трансформируется в полноценный квадрокоптер. При этом обода его колес превращаются в защитные бампера воздушных винтов, расположенных на колесных осях.