Інженери з Японії розробили двоколісного робота на безободних колесах, спиці яких відіграють роль ніг під час пересування. Для того, щоб робот зміг долати нерівності та сходинки, його ноги зробили телескопічними, помістивши всередину пружинні елементи, параметри яких були розраховані за допомогою чисельного моделювання. Завдяки такій конструкції робот став краще адаптуватися до нерівного рельєфу і тепер може долати сходинки заввишки 0,03 метра, не втрачаючи швидкості та рівноваги. Стаття опублікована в журналі Artificial Life and Robotics.
Yuta Hanazawa et al. / Artificial Life and Robotics, 2024
Серед наземних роботів є дві великі групи: роботи, оснащені колесами, які призначені для ефективного пересування рівною поверхнею, і ходячі роботи, які більше підходять для пересіченої місцевості з перепадами висот. Щоб поєднати їхні переваги, інженери намагаються створити їхні гібриди, найбільш просунутими серед яких (і найбільш складними) стали робособаки з колесами на кінцях ніг.
Однак поєднати рух на колесах із ходьбою можна і значно простішим способом. Для цього достатньо прибрати з колеса зі спицями його зовнішню частину – обід. Тоді його рух нагадуватиме ходьбу, в якій роль ніг виконують спиці, що по черзі ступають по поверхні. Якщо два таких колеса з’єднати однією віссю, то вийде найпростіша модель двоногої ходьби. Щоб змусити робота з такою конструкцією рухатися вперед, на осі між колесами зазвичай розміщують додаткову масу – тіло робота – відхилення якого від вертикалі зміщує центр ваги і змушує його котитися/крокувати в цьому напрямку, подібно до сігвея. До останнього часу роботи з такою конструкцією були слабо пристосовані для руху виступами і сходами.
Щоб підвищити адаптивність робота на колесах без ободів до нерівної поверхні і навчити його крокувати сходами без втрати швидкості, інженери під керівництвом Юти Ханадзави (Yuta Hanazawa) з Технологічного інституту Кюсю розробили його модифікацію з телескопічною конструкцією ніг. За рахунок деформації розміщених усередині пружинних елементів телескопічні кінцівки можуть пружно стискатися, краще підлаштовуючись під нерівний ландшафт і заодно амортизуючи удари ніг об поверхню.
Щоб підібрати оптимальну жорсткість пружин, розробники спершу створили тривимірну модель робота. З її допомогою вони змоделювали ходьбу спочатку по рівній поверхні, а потім по поверхні зі сходинкою. Для цього вони використовували можливості ігрового рушія Unity. Чисельне моделювання та випробування в симуляції допомогли визначити оптимальні параметри пружин для телескопічних ніг.
Yuta Hanazawa et al. / Artificial Life and Robotics, 2024
Після цього розробники побудували реальну модель робота, що складається з двох коліс без ободів з телескопічними ногами довжиною 15 сантиметрів. Між колесами розташоване тіло робота масою 680 грамів. Усередині нього розміщується сервопривід, що відповідає за управління нахилом, а також електронна начинка, включно з акумулятором і бортовим комп’ютером.
У серії експериментів робот із підібраними за допомогою моделювання пружинними елементами ніг зміг долати сходинки заввишки до трьох сантиметрів, не втрачаючи при цьому швидкості. У майбутньому інженери планують додати роботу можливість керувати напрямком руху, а також знизити його енергоспоживання.
Робота, який може самостійно прикріплювати ноги до своїх коліс, розробили американські інженери. На рівному рельєфі він використовує для пересування шість коліс, а при появі перешкоди він за допомогою маніпулятора кріпить на них ноги, які дістає зі свого вантажного відсіку.