Roboter laufen schneller mit neu entwickelten flexiblen Füßen

Roboter-Ingenieure an der University of California San Diego haben flexible Füße für Roboter entwickelt. Die neue Technologie kann dazu führen, dass Roboter auf unebenen Oberflächen wie Kies und Holzspänen um 40 Prozent schneller laufen.

Die neue Entwicklung ist für eine Vielzahl von Anwendungen wichtig, insbesondere für Such- und Rettungseinsätze.

Die Forschung wird auf der RoboSoft-Konferenz präsentiert, die virtuell stattfinden und zwischen dem 15. Mai und dem 15. Juli 2020 stattfinden wird.

Emily Lathrop ist eine Doktorandin an der Jacobs School of Engineering an der UC San Diego und die erste Autorin des Papiers.

“Roboter müssen in der Lage sein, schnell und effizient auf natürlichen, unebenen Oberflächen zu laufen, damit sie überall hingehen können, wo Menschen hingehen, aber vielleicht nicht sollten”, sagte Lathrop.

Michael T. Tolley ist ein Professor im Department of Mechanical and Aerospace Engineering an der UC San Diego. Er ist der Senior-Autor des Papiers.

“Normalerweise können Roboter nur die Bewegung an bestimmten Gelenken steuern”, sagte Tolley. “In dieser Arbeit haben wir gezeigt, dass ein Roboter, der die Steifigkeit und damit die Form seiner Füße steuern kann, traditionelle Designs übertrifft und sich an eine Vielzahl von Oberflächen anpassen kann.”

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

Flexible Roboter-Füße

Die flexiblen Roboter-Füße bestehen aus einer Latex-Membran, die mit Kaffeesatz gefüllt ist. Der Kaffeesatz kann zwischen einer festen und einer flüssigen Form wechseln. Der Mechanismus, der es ermöglicht, dass granulare Medien wie der Kaffeesatz auf diese Weise agieren, wird als granulares Verblocken bezeichnet. Als Ergebnis können die Roboter schneller laufen und haben einen besseren Grip.

Wenn die Roboter-Füße den Boden berühren, werden sie fest und passen sich der Oberfläche an, um einen festen Stand zu haben. Wenn sie sich bewegen, entspannen sich die Füße und lockern sich zwischen den Schritten, und es werden Stützstrukturen verwendet, um sie bei der Verblockung flexibel zu halten.

Diese flexiblen Füße waren die ersten ihrer Art, die auf unebenen Oberflächen getestet wurden.

Die Forscher haben die Füße auf einem sechsbeinigen Roboter installiert und ein bordinternes System entworfen und gebaut. Das bordinterne System ist in der Lage, negativen Druck und positiven Druck zu erzeugen, um die Füße zwischen jedem Schritt zu entsperren und zu verblocken. Um die Füße zu verblocken, entfernt eine Vakuumpumpe die Luft zwischen den Kaffeesatzkörnern. Sie können auch passiv verblockt werden, wenn das Gewicht des Roboters die Luft zwischen den Kaffeesatzkörnern herausdrückt.

Unebene Oberflächen

Der Roboter wurde getestet, während er auf verschiedenen Oberflächen lief, einschließlich flacher Oberflächen, Holzspänen und Kies, mit und ohne flexible Füße. Die Ergebnisse zeigten, dass passive Verblockung am effektivsten auf flachen Oberflächen und aktive Verblockung auf losen Steinen ist.

Mit den flexiblen Füßen konnten die Beine des Roboters den Boden besser greifen, was wiederum seine Geschwindigkeit erhöhte. Dies war besonders true, wenn der Roboter auf geneigten und unebenen Oberflächen lief.

Nick Gravish ist ein Professor im Department of Mechanical and Aerospace Engineering an der UC San Diego und Co-Autor der Studie.

“Die natürliche Welt ist voll von herausfordernden Oberflächen für laufende Roboter – rutschige, felsige und weiche Substrate machen das Gehen kompliziert”, sagte Gravish. “Füße, die sich an diese verschiedenen Arten von Oberflächen anpassen können, können Roboter dabei helfen, ihre Mobilität zu verbessern.”

Die Forscher werden nun versuchen, weiche Sensoren auf der Unterseite der Füße zu integrieren, die es ermöglichen, eine elektronische Steuerung zu verwenden. Die elektronische Steuerung würde die Art der Oberfläche identifizieren, über die der Roboter laufen wird, und ob die Füße aktiv oder passiv verblockt werden müssen. Die Forscher werden auch weiterhin die Design- und Steuerungsalgorithmen für eine bessere Effizienz verbessern.