Робота-трансформера научили взбираться по ступенькам с помощью хвоста

Инженеры из Израиля разработали робота-трансформера Tail STAR, способного передвигаться по сложному рельефу с помощью нескольких колес и подвижного управляемого хвоста. Робот может передвигаться по пересеченной местности, менять высоту корпуса над поверхностью, взбираться на ступеньки, превышающие диаметр его колес в три раза, и преодолевать канавы с шириной равной длине его корпуса. Статья с описанием разработки опубликована в журнале IEEE Robotics and Automation Letters.

Основное преимущество роботов-трансформеров заключается в их способности изменять свою форму в зависимости от окружающих условий. С помощью реконфигурации такие роботы могут адаптироваться под разные типы поверхностей и сред, преодолевая препятствия недоступные для роботов с фиксированной конструкцией. К примеру, недавно представленный робот-трансформер Morphobot M4 может передвигаться по земле как ровер, используя колеса на концах четырех конечностей, или ходить с их помощью как четвероногий робот. Кроме этого, внутри колес находятся электромоторы с пропеллерами, благодаря которым M4 может летать как квадрокоптер, облетая по воздуху те препятствия, которые невозможно преодолевать по поверхности.

Роботы семейства STAR (Sprawl Tuned Autonomous Robot), разрабатываемые с 2013 года израильскими инженерами под руководством Дэвида Заррука (David Zarrouk) из Университета имени Бен-Гуриона, также обладают возможностью изменять свою конфигурацию. Они могут передвигаться по поверхностям с помощью колес, плавать по воде с помощью надувных баллонов и летать по воздуху с помощью пропеллеров. Для этого используются отдельные приспособления-модификации, встраиваемые в основную конструкцию робота. Она состоит из центральной части, в которой находится управляющая элеткроника и батарея, и двух подвижных отклоняющихся боковин с набором колес и винтов. В новой модификации, которую инженеры назвали Tail STAR (TSTAR), у робота появился подвижный управляемый двухсекционный хвост.

Робот весит 600 грамм. Длина его корпуса составляет 22 сантиметра без хвоста и 40 сантиметров с полностью выпрямленным хвостом. В центральной части корпуса, помимо батареи и платы Arduino Nano, располагается сервопривод для двух подвижных боковых частей. С помощью трансмиссии из нескольких шестерней они могут синхронно и симметрично поворачиваться вокруг осей, совпадающих с продольной осью робота, на углы от минус 80 до 90 градусов относительно горизонтальной плоскости корпуса. В нижней части каждой из двух боковин располагаются два колеса с ободом, и три безободных трехлучевых колеса, которые позволяют роботу лучше цепляться за неровную поверхность. На каждой боковой части расположен собственный электромотор, который вращает все расположенных на ней колеса.

Хвост робота присоединен к задней части центрального отдела. Он состоит из двух раздельно управляемых секций и двух подвижных моторизированных соединений. Электромоторы и их трансмиссии располагаются непосредственно на секциях хвоста. Благодаря такой конструкции хвост имеет большой диапазон возможных положений, отклоняясь от исходного горизонтального положения в обе стороны почти на 140 градусов.

Аккумулятора емкостью 1000 миллиампер-час хватает, чтобы проехать дистанцию около 1350 метров. Робот может развивать скорость около 38 сантиметров в секунду, что равняется приблизительно 1,7 длины тела в секунду. С помощью подвижных боковых частей TSTAR может изменять высоту корпуса над поверхностью, пробираясь через низкие проемы. Подвижный хвост помогает роботу взбираться на ступеньки и уступы высотой 15-18 сантиметров, что превышает радиус его колес в три раза. Для этого робот, подъезжая вплотную к препятствию, с помощью передних колес и хвоста отклоняется назад, меняя центр тяжести. Затем, опираясь на хвост и помогая себе колесами на боковинах, робот взбирается на уступ или ступеньку.

Кроме того, TSTAR может преодолевать канавы, ширина которых равна длине робота, а также переворачиваться на верхнюю сторону с помощью хвоста — так робота может поменять направление движения на противоположное в ограниченном пространстве. Благодаря таким способностям робота можно будет использовать для задач поиска и спасения выживших под завалами в разрушенных сооружениях, считают разработчики.

Роботы-трансформеры могут иметь модульную конструкцию. Например, инженеры из Швейцарии продемонстрировали недавно модульного робота Mori3, который состоит из нескольких одинаковых, но при этом самостоятельных базовых элементов. Каждый из них имеет треугольную форму, может самостоятельно передвигаться, а при объединении, образовывать трехмерную конструкцию, которая способна изменять свою пространственную конфигурацию наподобие оригами.