Дрон с ногами наконец-то научился ходить

Российские и казахские инженеры научили дрон с ногами, который может приземляться на неровные поверхности, ходить по ним. Разработка позволит использовать дроны во время спасательных операций после землетрясений или в других местах с неровным рельефом, рассказывают авторы статьи в IEEE Journal on Miniaturization for Air and Space Systems.

При разработке робота инженеры обычно подбирают конструкцию исходя из будущих задач. Если роботу необходимо передвигаться по относительно ровной поверхности, то эффективнее всего использовать колеса. При сложном рельефе с множеством небольших перепадов высот оптимальнее ходячие или гусеничные робота. А для больших перепадов высот подходит только летательный аппарат, но взамен на возможность полета разработчикам приходится мириться с небольшим временем работы устройства.

Уже много лет инженеры из разных организаций работают над гибридными роботами, совмещающими в себе возможность полета и эффективного передвижения по земле. Пока эти разработки находятся на стадии прототипов и почти не используются на практике, а основной тип конструкции в них — это комбинация колесного робота и мультикоптера, причем как в виде единого объекта, так и в виде пары роботов.

Инженеры под руководством Дмитрия Тетерюкова (Dzmitry Tsetserukou) из Сколтеха создали дрон с ногами, который после посадки может остановить винты и передвигаться шагом. Сам дрон был разработан в рамках другой работы в 2018 году, когда инженеры создавали мультикоптер с возможностью посадки на неровные поверхности. За основу в нем взята рама DJI F550 с полетным контроллером NAZA-M, а на нижнюю часть корпуса авторы установили четыре ноги. Они собраны из двух длинных секций и одной короткой «стопой». В «бедре» и «колене» секции связаны с помощью сервомоторов с датчиками крутящего момента, а над «стопой» находится пассивный сустав.

Авторы разработали для робота режим ходьбы, который они сравнивают с ходьбой человека со сломанной ногой на костылях. При этом режиме робот встает двумя противоположными ногами вдоль направления ходьбы. Затем он сначала наклоняется назад, передвигает переднюю ногу вперед и переносит центр масс, а потом наоборот наклоняется вперед и притягивает заднюю ногу. Одновременно с переносом центра масс передвигаются боковые ноги. Все ноги при таком режиме передвигаются по параболическим траекториям, что помогает перешагивать через препятствия.

Инженеры проверили работоспособность алгоритма на роботе и во время экспериментов выяснили, что эффективнее всего передвигать ноги так, чтобы центр масс смещался по циклоидной траектории. Также они проверили точность движений робота, дав ему команду двигаться по заданной траектории и сравнив результаты с расчетами. Испытания показали, что точность (среднеквадратическое отклонение) длины шага достигает 9,8 миллиметра (при длине шага в шесть сантиметров), а точность следования вдоль направления составляет девять градусов.

Другая особенность дрона заключается в возможности садиться на неровные и наклонные поверхности с помощью постановки ног под углом. Недавно канадские инженеры тоже научили дрон садиться на наклонную крышу, но иным способом. Сразу после касания поверхности дрон включает реверсивную тягу и прижимает себя к поверхности, чтобы избежать высоких подпрыгиваний после первого контакта.

Григорий Копиев