Zweifüßiger Roboter kombiniert Gehen und Fliegen, um raues Gelände zu navigieren

Ein zweifüßiger Roboter, der Gehen und Fliegen kombiniert, um eine neue Art der Fortbewegung zu schaffen, wurde von Forschern am Caltech entwickelt. Diese neue Kombination ermöglicht es dem Roboter, komplexe Bewegungen auszuführen.

Der Roboter ist eine Mischung aus einem gehenden Roboter und einem fliegenden Roboter und wird LEONARDO oder LEO genannt. Er kann auf einer Slackline gehen, hüpfen und ein Skateboard fahren.

Der Roboter wurde von einem Team am Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST) von Caltech entwickelt und ist der erste Roboter, der Multi-Gelenk-Beine und Propeller-basierte Antriebe verwendet, um die Kontrolle über sein Gleichgewicht zu erlangen.

Die Forschung wurde am 6. Oktober in der Zeitschrift Science Robotics veröffentlicht.

Soon-Jo Chung ist der entsprechende Autor und Bren-Professor für Luft- und Raumfahrt sowie Kontrolle und Dynamische Systeme.

“Wir haben uns von der Natur inspirieren lassen. Denken Sie daran, wie Vögel flattern und hüpfen, um Telefonleitungen zu navigieren”, sagt Chung. “Ein komplexes, aber faszinierendes Verhalten tritt auf, wenn Vögel zwischen Gehen und Fliegen wechseln. Wir wollten das verstehen und daraus lernen.”

“Es gibt eine Ähnlichkeit zwischen der Art, wie ein Mensch mit einem Jet-Anzug seine Beine und Füße kontrolliert, wenn er landet oder startet, und der Art, wie LEO synchronisierte Kontrolle von verteilten Propeller-Antrieben und Gelenk-Beinen verwendet”, fügt Chung hinzu. “Wir wollten die Schnittstelle zwischen Gehen und Fliegen aus der Dynamik- und Kontrollperspektive untersuchen.”

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Zweifüßige Roboter

Zweifüßige Roboter verwenden Bewegungen wie Menschen, um reale Gelände zu navigieren, und diese Bewegungen können Laufen oder Springen umfassen. Rauhes Gelände macht es jedoch oft schwierig, dies zu tun. Fliegende Roboter können leicht über dieses raue Gelände fliegen, aber sie sind auch durch hohen Energieverbrauch während des Fluges und begrenzte Nutzlastkapazität eingeschränkt.

Kyunam Kim ist ein Postdoktorand am Caltech und Co-Autor des Papiers.

“Roboter mit einer multimodalen Fortbewegungsfähigkeit können sich in herausfordernden Umgebungen effizienter bewegen als herkömmliche Roboter, indem sie zwischen ihren verfügbaren Bewegungsmitteln wechseln. Insbesondere zielt LEO darauf ab, die Lücke zwischen den beiden disparaten Domänen der Luft- und zweifüßigen Fortbewegung zu schließen, die in bestehenden Robotersystemen nicht typischerweise miteinander verknüpft sind”, sagt Kim.

Entwicklung einer Hybrid-Bewegung

Die Forscher versuchten, dies zu umgehen, indem sie auf eine Hybrid-Bewegung setzten, die zwischen Gehen und Fliegen liegt. LEO hat leichte Beine, die den Stress auf seine Antriebe reduzieren, indem sie einen großen Teil des Gewichts tragen.

Patrick Spieler ist Co-Autor des Papiers.

“Basierend auf den Arten von Hindernissen, die es überwinden muss, kann LEO wählen, ob es geht, fliegt oder beides kombiniert, wie erforderlich. Darüber hinaus kann LEO ungewöhnliche Fortbewegungsmanöver ausführen, die sogar bei Menschen eine Meisterschaft des Gleichgewichts erfordern, wie das Gehen auf einer Slackline und das Skateboarden”, sagt Spieler.

LEO ist 76 cm groß und hat zwei Beine mit drei aktuierten Gelenken sowie vier Propeller-Antriebe, die schräg an den Schultern des Roboters montiert sind. LEOs Propeller helfen, den Roboter aufrecht zu halten, während er geht, und die Bein-Aktuatoren ändern die Position der Beine, um das Gewicht des Roboters vorwärts zu bewegen, was durch den Einsatz eines synchronisierten Gehen- und Flug-Controllers erfolgt. Wenn LEO fliegt, funktioniert er wie eine Drohne und verwendet nur die Propeller.

Elena-Sorina Lupu ist eine Doktorandin am Caltech und Co-Autorin des Papiers.

“Aufgrund seiner Propeller kann man LEO mit viel Kraft stoßen oder drücken, ohne den Roboter tatsächlich umzuwerfen”, sagt Lupu.

Das Team wird nun daran arbeiten, LEOs Leistung zu verbessern, indem es ein steiferes Bein-Design entwickelt, das mehr Gewicht tragen kann, und es wird auch daran arbeiten, den Schub der Propeller zu erhöhen. Ein weiteres Ziel ist es, LEO autonomer zu machen und es mit einem neu entwickelten Drohnen-Landekontroll-Algorithmus auszustatten.

“Derzeit verwendet LEO Propeller, um während des Gehens das Gleichgewicht zu halten, was bedeutet, dass es Energie relativ ineffizient verwendet. Wir planen, das Bein-Design zu verbessern, um LEO mit minimaler Hilfe der Propeller gehen und balancieren zu lassen”, sagt Lupu.