Теперь исследователи из Массачусетского технологического института разработали алгоритм ограничения, который они успешно реализовали в роботизированном гепарде — гладкую четвероногую конструкцию из шестерен, батарей и электродвигателей, которая весит примерно столько же, сколько и ее аналог из семейства кошачьих. Команда недавно провела тестовый запуск робота на Киллиан-Корт Массачусетского технологического института, где он прыгнул по траве с устойчивым зажимом.В экспериментах на внутренней трассе робот разгонялся до 10 миль в час, даже продолжая бежать после преодоления препятствия. По оценкам исследователей Массачусетского технологического института, текущая версия робота в конечном итоге может достичь скорости до 30 миль в час.
Ключ к ограничивающему алгоритму заключается в программировании каждой ноги робота на приложение определенного количества силы за доли секунды, в течение которых он ударяется о землю, для поддержания заданной скорости: как правило, чем выше желаемая скорость, тем необходимо приложить больше силы, чтобы продвинуть робота вперед. Сангбэ Ким, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, выдвигает гипотезу о том, что этот подход к роботизированному бегу с контролем силы в принципе аналогичен способу бега спринтеров мирового класса.«Многие спринтеры, такие как Усэйн Болт, не ездят на велосипеде слишком быстро, — говорит Ким. «Они фактически увеличивают длину своего шага, сильнее толкаясь вниз и увеличивая силу земли, поэтому они могут летать больше, сохраняя ту же частоту».Ким говорит, что, адаптируя подход, основанный на силе, гепард-бот может справляться с пересеченной местностью, например, перепрыгивая через травянистое поле.
В экспериментах на беговой дорожке команда обнаружила, что робот преодолевает небольшие неровности на своем пути, сохраняя скорость даже при наезде на препятствие из пенопласта.«Большинство роботов медлительны и тяжелы, поэтому они не могут контролировать силу в условиях высокой скорости», — говорит Ким. «Вот что делает гепарда из Массачусетского технологического института таким особенным: вы действительно можете контролировать профиль силы в течение очень короткого периода времени, после чего следует сильное столкновение с землей, что делает его более стабильным, маневренным и динамичным».
Ким говорит, что то, что делает робота таким динамичным, — это специально разработанный электродвигатель с высоким крутящим моментом и плотностью вращения, разработанный Джеффри Лангом, профессором электротехники Vitesse в Массачусетском технологическом институте. Эти двигатели управляются усилителями, разработанными Дэвидом Оттеном, главным инженером-исследователем исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института. Комбинация таких специальных электродвигателей и специально разработанных ног на основе биологических материалов позволяет контролировать силу на земле, не полагаясь на чувствительные датчики силы на ступнях.
Ким и его коллеги — ученый-исследователь Пак Хэ-Вон и аспирант Мэн Йи Чуа — представят детали ограничивающего алгоритма в этом месяце на Международной конференции IEEE / RSJ по интеллектуальным роботам и системам в Чикаго.К идеальной походкеБег можно разделить на несколько биомеханически различных аллюров, от рыси и галопа до более динамичных скачков и галопов. При прыжке передние лапы животного вместе ударялись о землю, а затем задние лапы, подобно тому, как прыгают кролики — относительно простая походка, которую исследователи сначала решили смоделировать.
«Ограничение похоже на высокоскоростную походку начального уровня, а галопирование — это идеальная походка», — говорит Ким. «Как только вы прыгнете, вы можете легко разделить две ноги и пуститься в галоп».Когда животное прыгает, его ноги касаются земли на долю секунды, прежде чем снова пролететь по воздуху.
Процент времени, которое нога проводит на земле, а не в воздухе, в биомеханике называется «рабочим циклом»; чем быстрее бежит животное, тем короче его рабочий цикл.Ким и его коллеги разработали алгоритм, который определяет количество силы, которое нога должна приложить за короткий период каждого цикла, который она проводит на земле. По их мнению, этой силы должно быть достаточно для того, чтобы робот оттолкнулся от направленной вниз силы тяжести, чтобы сохранить поступательный импульс.«Как только я узнаю, как долго моя нога стоит на земле и как долго мое тело находится в воздухе, я знаю, сколько силы мне нужно приложить, чтобы компенсировать силу гравитации», — говорит Ким. «Теперь мы можем управлять прыжком на многих скоростях.
А чтобы прыгнуть, мы можем, скажем, утроить силу, и он перепрыгивает через препятствия».В ходе экспериментов команда управляла роботом с постепенно уменьшающимися рабочими циклами, обнаружив, что, следуя предписаниям алгоритма, робот может работать на более высоких скоростях, не падая.
Ким говорит, что алгоритм команды позволяет точно контролировать силы, которые робот может проявлять во время бега.В отличие от этого, по его словам, аналогичные четвероногие роботы могут проявлять большую силу, но с низкой эффективностью.
Более того, такие роботы работают на бензине и приводятся в действие бензиновым двигателем, чтобы генерировать большие силы.«В результате они намного громче», — говорит Ким. «Наш робот может быть бесшумным и таким же эффективным, как животные. Единственное, что вы слышите, — это удары ногами о землю.
Это своего рода новая парадигма, в которой мы контролируем силу в очень динамичной ситуации. Любой робот с ногами должен уметь сделай это в будущем ".
Работа поддержана Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов.Видео: http://www.youtube.com/watch?v=XMKQbqnXXhQ