Инженеры создали одноактуаторного шагающего робота

Американские инженеры разработали двуногого робота-шагохода Mugatu с очень простой конструкцией. Его ноги не имеют суставов и приводятся в движение единственным актуатором, расположенным в левой ноге. Шагоход может самостоятельно начинать движение из положения стоя, менять направление движения, и развивает скорость при ходьбе по прямой до 16 сантиметров в секунду. Препринт статьи опубликован на сайте arXiv.org.

Миниатюрные ходячие роботы благодаря своим размерам и способности передвигаться по неровной поверхности могли бы сыграть важную роль в задачах, связанных с исследованием ограниченных пространств, таких, например, как инспекция промышленных объектов или поиск выживших под завалами. Однако из-за ограничений в размере создание маленьких роботов, способных самостоятельно маневрировать и при этом нести с собой полезную нагрузку и источник энергии, представляет сложную задачу. К примеру, конструкция ног большинства современных роботов включает несколько актуаторов и суставов, что существенно затрудняет их миниатюризацию.

Вариант решения этой проблемы предложили инженеры под руководством Аарона Джонсона (Aaron Johnson) и Сары Бергбрайтер (Sarah Bergbreiter) из Университета Карнеги — Меллона. Они разработали управляемого робота-шагохода под названием Mugatu с очень простой конструкцией. У него есть две ноги без суставов, которые имеют лишь одну степень свободы. В движение они приводятся единственным актуатором, который расположен в левой ноге.

Каждая нога жестко соединена с противоположной рукой, в которой находится по одному аккумулятору для балансировки и увеличения момента инерции вокруг вертикальной оси. Стопы робота имеют форму полусферы и покрыты резиной. На стопах закреплены несколько грузов, чтобы сделать центр тяжести конструкции более низким.

Походка робота состоит из следующих этапов: из положения стоя сервопривод поднимает левую ногу вперед, под ее весом он подается вперед, одновременно с этим немного наклоняется на полусферической правой стопе влево. Угол поворота бедра достигает своего максимума, и левая нога начинает двигаться назад, вступая в контакт с поверхностью. Робот по инерции немного заваливается влево, при этом правая нога отрывается от земли. После чего правая нога начинает движение вперед, и робот наклоняется уже вправо. Затем цикл повторяется. Повороты влево и вправо происходят за счет изменения разницы в длине шага левой и правой ногой. В экспериментах шагоход развил максимальную скорость 16 сантиметров в секунду при частоте шагов 1,5 герца и амплитуде 42 градуса.

Масса прототипа шагохода составляет 800 грамм, а высота — 18,5 сантиметров. Однако инженеры предполагают, что этот же механизм можно будет применять в бипедальных роботах размером с фигурку LEGO-человечка.

Похожий принцип ходьбы использовали инженеры из Университета Токио в конструкции пассивного шагохода. Однако их прототип не имеет привода вовсе, а двигается только за счет тепла, получаемого от нагретой поверхности.