Многозвенный дрон-колесо прокатился на тяге пропеллеров

Инженеры из Японии создали гибридный дрон-трикоптер Delta, который способен и летать, и ездить по земле. Его корпус состоит из трех однотипных модулей, оснащенных пропеллерами с отклоняемым вектором тяги. Соединяясь, они образуют кольцо. В воздухе Delta может трансформироваться, размыкая звенья, чтобы захватывать объекты, а на земле корпус робота становится ободом колеса. Он движется вперед и маневрирует за счет тяги пропеллеров. Препринт статьи опубликован на сайте arXiv.org

По сравнению с колесными роботами, дроны-мультикоптеры обладают очевидным преимуществом в свободе передвижения — они могут с легкостью облетать препятствия, которые для наземных роботов могут оказаться непреодолимыми. С другой стороны, передвижение по поверхности расходует меньше энергии. Поэтому инженеры разрабатывают гибриды, способные и ездить, и летать.

Например, дрон-трансформер Morphobot M4, созданный ранее американскими разработчиками, совмещает в себе одновременно функции четырехколесного ровера и квадрокоптера. Его роторы расположены на оси колес, которые при переходе в полетный режим разворачиваются вверх, при этом обода начинают выполнять роль противоударных бамперов. Но не все гибриды имеют такую сложную конструкцию, например, другой робот, разработанный инженерами из Китая, может передвигаться по земле как моноцикл, используя расположенное под рамой единственное колесо большого диаметра с приводом от электромотора. Плоскость его вращения параллельна пропеллерам, поэтому для движения по земле дрон переворачивается на бок, и пропеллеры использует для поддержания равновесия и руления.

Гибридный робот Delta, построенный инженерами под руководством Масаюки Инаба (Masayuki Inaba) из Токийского университета, при движении по земле тоже ведет себя как моноцикл. Однако, в отличие от разработки китайских коллег, роль колеса у него выполняет весь корпус, который имеет форму кольца и состоит из трех одинаковых отдельных звеньев. Масса робота составляет 4,1 килограмм, а радиус кольцеобразного корпуса — 0,4 метра.

Каждое из трех звеньев состоит из трубы, соединённой с другим звеном через шарнир с одной степенью свободы. Каждое звено может поворачиваться относительно соседнего звена в единой плоскости, таким образом кольцо может размыкаться и смыкаться. На каждом звене также находятся одна посадочная опора и один воздушный винт с механизмом поворота вектора тяги. В полностью сомкнутом состоянии Delta превращается в трикоптер, имеющий форму кольца, а рамы всех его модулей образуют равносторонний треугольник. Внешняя часть модулей, соприкасающаяся с поверхностью во время качения, выполнена из пенополистирола для большей прочности и амортизации ударов во время движения по неровной поверхности.

Пропеллеры модулей могут поворачиваться и создавать тягу не только вверх, для полета, но и в сторону. После приземления на опоры Delta сначала самостоятельно встает на обод, принимая вертикальное положение с помощью тяги пропеллеров. Далее направление и скорость вращения винтов подстраиваются таким образом, чтобы начать и поддерживать качение колеса вперед, а также для удержания равновесия и руления.

Во время испытаний робот продемонстрировал возможность трансформироваться в воздухе: в режиме висения на одном месте не соединенные друг с другом звенья раздвигаются, размыкая кольцо. Этот режим в дальнейшем может использоваться для манипуляций объектами. При движении по земле робот развил максимальную скорость 0,3 метра в секунду.

В будущем авторы работы планируют исследовать возможности манипуляций в воздухе и на земле, а также повысить адаптацию робота при движении по неровной поверхности с помощью алгоритмов распознавания.

По земле Delta дрон пока передвигается не очень уверенно, в отличие от робомоноцикла Ringbot, созданного инженерами из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне. Он выглядит как колесо в форме кольца, по внутреннему диаметру которого, подобно хомякам внутри бегового колеса, двигаются два управляющих модуля с установленными сверху робоногами. Двигаясь, модули смещают центр тяжести, заставляя робота ехать вперед или назад, а робоноги помогают держать равновесие во время езды и в неподвижном состоянии, поворачивать и даже подниматься после падения.