Прыгавший без остановки робот Salto научился останавливаться

Американские и итальянские инженеры научили одноногого робота Salto-1P после прыжка приземляться в запланированной точке с большой точностью и останавливаться, не падая. Ранее робот мог прыгать только без остановки. Разработчики представили статью о новых способностях робота на конференции ICRA 2020, а также рассказали о них в интервью для IEEE Spectrum.

Salto — это одноногий прыгающий робот, первую версию которого американские инженеры представили в 2016 году и затем модифицировали. Современная версия Salto-1P управляет своими прыжками и местом приземления с помощью трехсекционной ноги с электромотором в основании, маховика на боку и двух боковых винтов. Это позволяло роботу достаточно точно рассчитывать свои прыжки и скакать по объектам с разной высотой. Но раньше для сохранения стабильности ему было необходимо постоянно прыгать, и для остановки его либо ловили руками в воздухе, либо направляли в сетку.

В новой версии алгоритма управления инженеры под руководством Рональда Феринга (Ronald Fearing) значительно повысили точность приземления робота и научили его останавливаться после этого, а не отталкиваться и прыгать дальше. Основные улучшения касаются контроля момента импульса. Для этого робот точно рассчитывает и корректирует маховиком угол своего наклона к моменту приземления так, чтобы после касания пола момент импульса был небольшим и достаточным для того, чтобы робот перешел в вертикальное положение. Если угол в момент касания пола будет меньше нужного, то есть робот будет ближе к вертикальному положению, момент импульса будет слишком большим, чтобы маховик смог его погасить, и робот закрутится и свалится дальше по траектории.

Кроме этого разработчики доработали расчеты уровня подпружиненности ноги в момент приземления, а также расчет угла при начале прыжка. Последний элемент важен, потому что после отрыва робот может контролировать только свое вращение, а траекторию центра масс он уже поменять неспособен, поэтому точка приземления зависит именно от начальной фазы.

Улучшения в расчетах начальной фазы прыжка позволили уменьшить cреднеквадратическое отклонение от расчетной точки приземления с 9,2 до 1,6 сантиметра. А лучший контроль за углом наклона при приземлении позволил роботу останавливаться и выполнять по несколько точных прыжков подряд, чего было бы сложно достичь без возможности остановки.

В этой работе робот проводил расчеты, опираясь не только на свои показания, но и на точную внешнюю систему захвата движений. Но в прошлом году разработчики создали полностью независимую версию робота и продемонстрировали ролик, на котором он несколько сотен прыжков подряд передвигается по улице.

Григорий Копиев