Четвероногий робот научился балансировать на двух ногах

Итальянские и бельгийские инженеры разработали алгоритм управления балансом четвероногого робота, благодаря которому он может не падать, стоя на двух ногах. Они продемонстрировали, как реальный 90-килограммовый робот стоит на двух ногах, не падая, а также провели симуляцию, в которой виртуальному роботу такой же конструкции удалось пройти по балке шириной в шесть сантиметров. Статья об алгоритме будет представлена на конференции IROS 2020.

Часто четвероногих роботов рассматривают как очень проходимые машины, и отчасти их развитие стимулировалось военными, которые планировали использовать их для перевозки грузов по пересеченной местности. Во многом это преимущество возникает из-за того, что четвероногие роботы могут подстраивать положение и высоту каждой ноги под особенности рельефа. В некоторых случаях рельеф может быть таким, что обычные алгоритмы не справляются с расчетом стабильных точек постановки ног и поддержанием баланса.

Инженеры под руководством Клаудио Семини (Claudio Semini) из Итальянского технологического института научили четвероногого робота справляться с двумя частными случаями сложного рельефа — управляющий алгоритм научили стоять на двух точках опоры и ходить по одной тонкой опоре вперед.

Новый алгоритм балансировки на первом этапе рассматривает робота в качестве плоского обратного маятника. Он имеет две степени свободы, а также два основных параметра: максимальный прирост скорости и время заваливания, то есть то время, которое пройдет от вертикального положения до падения на пол, если робот никак не будет сопротивляться этому. Эта простая модель способна описывать движения робота, но она недостаточна для управления им, поэтому разработчики также написали алгоритм, который превращает состояния модели в команды для полноценного робота.

Также у робота есть алгоритм, который отвечает за движение вперед по узкой линии. Он двигает одну пару ног, расположенную наискосок, вперед, а вторая при этом висит в воздухе. Алгоритм рассчитывает симметричные движения, которые минимально влияют на балансировку в продольной плоскости.

Разработчики показали работу всей связки алгоритмов в симуляции, продемонстрировав, как точная модель робота преодолела полутораметровую балку шириной в шесть сантиметров (при диаметре наконечника ноги в четыре сантиметра). Также они продемонстрировали реальные испытания алгоритма балансировки на четвероногом роботе HyQ с гидравлическим приводом. Робот оказался способен не только стоять на двух ногах в покое, но и удерживаться от падения, когда человек немного толкал его в разные стороны.

В прошлом году американские инженеры показали новые навыки необычного симметричного четвероногого робота ALPHRED2. В частности, они научили его балансировать на двух ногах, а двумя другими ногами поднимать коробку и ставить ее на стол.

Григорий Копиев