Robotter går hurtigere med nyt udviklet fleksible fødder

Roboticists ved University of California San Diego har udviklet fleksible fødder til robotter. Den nye teknologi kan resultere i, at robotter kan gå 40 procent hurtigere på ujævne overflader som grus og træspåner.

Den nye udvikling er vigtig for en række forskellige anvendelser, især eftersøgnings- og redningsmissioner.

Forskningen vil blive præsenteret på RoboSoft-konferencen, som vil være virtuel og afholdes mellem 15. maj og 15. juli 2020.

Emily Lathrop er en ph.d.-studerende ved Jacobs School of Engineering på UC San Diego og er den første forfatter på artiklen.

“Robotter skal kunne gå hurtigt og effektivt på naturlige, ujævne overflader, så de kan gå alle steder, hvor mennesker kan gå, men måske ikke skal,” sagde Lathrop.

Michael T. Tolley er professor i afdelingen for mekanisk og rumfartsingeniørvidenskab på UC San Diego. Han er den seniorforfatter på artiklen.

“Som regel kan robotter kun kontrollere bevægelse i bestemte led,” sagde Tolley. “I dette arbejde viste vi, at en robot, der kan kontrollere stivheden og dermed formen på sine fødder, overgår traditionelle design og kan tilpasse sig en bred vifte af overflader.”

https://www.youtube.com/watch?v=rVKKwbaojAo&feature=emb_logo

Fleksible robotfødder

De fleksible robotfødder består af en latexmembran, der er fyldt med kaffegrus. Kaffegruset kan gå frem og tilbage mellem at opføre sig som en fast og en flydende substans. Mekanismen, der giver granulære medier, såsom kaffegrus, mulighed for at opføre sig på denne måde, kaldes granulær jamning. Dette resulterer i, at robotterne kan gå hurtigere og have en bedre greb.

Når robotfødderne rører jorden, bliver de faste og tilpasser sig overfladen for at etablere en solid fodring. Når de bevæger sig, bliver fødderne ujammet og løsner op mellem skridt, og støttekonstruktioner afhænger af, at de forbliver fleksible, mens de er jammet.

Disse fleksible fødder var de første af deres art, der blev testet på ujævne overflader.

Forskerne installerer fødderne på en hexapod-robot og designede og byggede et onboard-system. Onboard-systemet er i stand til at generere negativt tryk og positivt tryk for at ujamme og jamme fødderne mellem hvert skridt. For at jamme fødderne fjerner en vakuum-pumpe luften mellem kaffegruset. De kan også være passivt jammet, hvis robotternes vægt tvinger luften ud mellem kaffegruset.

Ujævne overflader

Robotten blev testet til at gå på en række forskellige overflader, herunder flad jord, træspåner og grus, med og uden de fleksible fødder. Resultaterne viste, at passiv jamning er mest effektiv på flad jord og aktiv jamning er bedst på løse sten.

Med de fleksible fødder kunne robotternes ben gribe jorden bedre, hvilket øgede deres hastighed. Dette var især sandt, når robotten gik op ad skrånende og ujævne overflader.

Nick Gravish er professor i UC San Diego’s afdeling for mekanisk og rumfartsingeniørvidenskab og medforfatter på studiet.

“Den naturlige verden er fuld af udfordrende overflader for gående robotter – glatte, stenede og bløde underlag gør gåning kompliceret,” sagde Gravish. “Fødder, der kan tilpasse sig disse forskellige typer overflader, kan hjælpe robotter med at forbedre deres mobilitet.”

Forskerne vil nu forsøge at inkorporere bløde sensorer på bunden af fødderne, hvilket vil give mulighed for at bruge en elektronisk styrebræt. Det elektroniske styrebræt ville identificere typen af jord, som robotten skal gå på, og om fødderne skal være aktivt eller passivt jammet. Forskerne vil også fortsætte med at forbedre design og kontrolalgoritmer for bedre effektivitet.