Американцы не перестают нас с вами удивлять. Особенно специалисты НАСА. Средства массовой информации периодически сообщают нам что-то сенсационное, что выходит на свет и подобного чему не было. Судите сами и делайте выводы, читая текст далее. Думается, что вы будет несколько удивлены. Хотя и из заголовка уже понятно, что уж есть робот, который может двигаться по вертикальной поверхности. Но с созданием его возникают новые вопросы. Какие? А вообще за счет чего он двигается?
Уже существует много различных типов роботов, которые поднимаются по вертикальным поверхностям. К ним относятся клейкие роботы, которые прилипают к плоской или гладко изогнутой поверхности с помощью специальных концевых приспособлений, например присоски и накладки или магниты). Есть роботы, конечные приспособления которых соответствуют техническим характеристикам окружающей среды, например колышки или пористые материалы, поручни или планки.
Каждый из этих роботов проектируется для конкретной вертикальной среды и для подъема опирается на свою специфическую конструкцию оборудования.
Сегодня ученым уже недостаточно робота, который предназначен только для одного рода поверхности. Они делают ставку на возможность создания многоцелевых роботов с более широким спектром оборудования. Рассматриваются роботы с небольшим количеством сочлененных конечностей. Чтобы подняться по вертикали, робот должен пройти непрерывную последовательность конфигураций, соответствующих определенным ограничениям (например, равновесие, столкновения, пределы крутящего момента в шарнире).
В каждой конфигурации некоторые конечности робота соприкасаются с поверхностью - поверхностью с небольшими, произвольно распределенными элементами (например, выступами или отверстиями). В одношаговом движении робот переводит одну конечность в новый режим удержания, используя фрикционные контакты других конечностей и внутренние степени свободы для поддержания равновесия.
Главной мотивацией для такого подхода является конечная разработка гибких, способных к вмешательству, многоцелевых роботов, способных перемещаться по самым разным типам местности.
Потенциальные области применения включают поисково-спасательные операции, наблюдение, личную помощь и исследование планет, проверку наружного состояния орбитальных станций и межпланетных кораблей в будущем. Конструкция этих роботов по-прежнему имеет решающее значение, однако проблемы движения и манипулирования в конкретных условиях решаются с помощью методов управления, планирования и обнаружения, а не аппаратных модификаций.
И вот прообраз будущего поколения таких роботов уже создан. Конечно, можно не сомневаться, что его соорудили в НАСА. Увы, не у нас. Это - многоцелевой робот (LEMUR IIb), который может подниматься на почти вертикальную искусственную скальную поверхность. Экспериментальные результаты демонстрируют возможность свободного восхождения с помощью такого робота и играют большую роль с точки зрения дальнейшего развития этого направления.
LEMUR IIb состоит из четырех одинаковых конечностей, закрепленных на круглом шасси, общей массой 7 кг. Каждая конечность содержит три абсолютных сустава, обеспечивающих две степени свободы в плоскости (рыскание) и одну вне плоскости (шаг).
Каждый концевой элемент представляет собой один колышек, завернутый в резину с высоким коэффициентом трения. LEMUR IIb может работать в полевых условиях, с бортовыми батареями, процессором (с архитектурой PC104) и датчиками (включая поворотную пару стереокамер, шестиосевой датчик вращения на каждом плече, трехосевой акселерометр и датчики угла поворота). Когда робот не привязан, симметрия позволяет ему подниматься в произвольной ориентации.
Работать робот может на почти вертикальной плоской поверхности. Эта поверхность покрыта мелкими искусственными скальными элементами точно так же, как и внутренние скалодромы для людей, занимающихся альпинизмом. Эти выступы произвольного размера и формы. Робот использует трение только для поддержания контакта с фиксаторами - это требует аккуратного размещения его центра массы.
В каждом эксперименте LEMUR IIb изначально располагается на подъемной поверхности в произвольной, статически стабильной конфигурации. Затем роботу приказывают захватить конкретный, удаленный захват. Как правило, эта цель недостижима при сохранении первоначального набора точек соприкосновения, поэтому роботу приходится совершать многоступенчатое восхождение. Задача состоит в том, чтобы завершить такое предложение (автономно), не падая.
Экспериментально продемонстрирована способность этого робота свободно подниматься по вертикальным поверхностям горных пород, используя ранее представленный одноступенчатый алгоритм планирования.
Эти эксперименты, о которых сейчас вам рассказал автор канала, выявили ряд дополнительных вопросов, которые еще предстоит решать робототехникам. Многие из этих вопросов касаются необходимости и особых требований, предъявляемых к автономному многоступенчатому планировщику. Есть и другие проблемы, которые предстоит решать ученым. Например, интеграция местного визуального и тактильного зондирования, внедрение гибридного силового управления движением и учет динамического движения. Но в НАСА, думается, однозначно все их спокойно решат. Конечно, со временем. Можете даже не сомневаться в этом.