Инженеры из Японии разработали двухколесного робота на безободных колесах, спицы которых играют роль ног при передвижении. Для того, чтобы робот смог преодолевать неровности и ступеньки, его ноги сделали телескопическими, поместив внуть пружинные элементы, параметры которых были рассчитаны с помощью численного моделирования. Благодаря такой конструкции робот стал лучше адаптироваться к неровному рельефу и теперь может преодолевать ступеньки высотой 0,03 метра, не теряя скорости и равновесия. Статья опубликована в журнале Artificial Life and Robotics.
Среди наземных роботов есть две большие группы: роботы, оснащенные колесами, которые предназначены для эффективного передвижения по ровной поверхности, и ходячие роботы, которые больше подходят для пересеченной местности с перепадами высот. Чтобы совместить их преимущества, инженеры пытаются создать их гибриды, наиболее продвинутыми среди которых (и наиболее сложными) стали робособаки с колесами на концах ног.
Однако совместить движение на колесах с ходьбой можно и значительно более простым способом. Для этого достаточно убрать из колеса со спицами его внешнюю часть — обод. Тогда его движение будет напоминать ходьбу, в которой роль ног выполняют спицы, поочередно ступающие по поверхности. Если два таких колеса соединить одной осью, то получится простейшая модель двуногой ходьбы. Чтобы заставить робота с такой конструкцией двигаться вперед, на оси между колесами обычно размещают дополнительную массу — тело робота — отклонение которого от вертикали смещает центр тяжести и заставляет его катиться/шагать в этом направлении, подобно сигвею. До последнего времени роботы с такой конструкцией были слабо приспособлены для движения по выступам и ступенькам.
Чтобы повысить адаптивность робота на колесах без ободов к неровной поверхности и научить его шагать по ступенькам без потери скорости, инженеры под руководством Юты Ханадзавы (Yuta Hanazawa) из Технологического института Кюсю разработали его модификацию с телескопической конструкцией ног. За счет деформации размещенных внутри пружинных элементов телескопические конечности могут упруго сжиматься, лучше подстраиваясь под неровный ландшафт и заодно амортизируя удары ног о поверхность.
Чтобы подобрать оптимальную жесткость пружин, разработчики сперва создали трехмерную модель робота. С ее помощью они смоделировали ходьбу сначала по ровной поверхности, а затем по поверхности со ступенькой. Для этого они использовали возможности игрового движка Unity. Численное моделирование и испытания в симуляции помогли определить оптимальные параметры пружин для телескопических ног.
После этого разработчики построили реальную модель робота, состоящую из двух колес без ободов с телескопическими ногами длинной 15 сантиметров. Между колесами расположено тело робота массой 680 граммов. Внутри него размещается сервопривод, отвечающий за управление наклоном, а также электронная начинка, включая аккумулятор и бортовой компьютер.
В серии экспериментов робот с подобранными с помощью моделирования пружинными элементами ног смог преодолевать ступеньки высотой до трех сантиметров, не теряя при этом скорость. В будущем инженеры планируют добавить роботу возможность управлять направлением движения, а также снизить его энергопотребление.
Робота, который может самостоятельно прикреплять ноги к своим колесам, разработали американские инженеры. На ровном рельефе он использует для передвижения шесть колес, а при появлении препятствия он с помощью манипулятора крепит на них ноги, которые достает из своего грузового отсека.