歩行と飛行を組み合わせて起伏の多い地形を移動する二足歩行ロボット

歩行と飛行を組み合わせて新しいタイプの移動を実現する二足歩行ロボットが、カリフォルニア工科大学の研究者によって開発されました。 この新しい組み合わせにより、ロボットは複雑な動作を実行できるようになります。 

このロボットは歩行ロボットと飛行ロボットを組み合わせたもので、LEONARDO、略してLEOと呼ばれています。 スラックラインを歩いたり、飛び跳ねたり、スケートボードに乗ったりすることができます。 

このロボットはカリフォルニア工科大学自律システム技術センター（CAST）のチームによって開発され、多関節脚とプロペラベースのスラスターを使用してバランスの制御を実現した最初のロボットです。

この研究は6月XNUMX日に出版されました。 科学ロボティクス。

Soon-Jo Chung は責任著者であり、航空宇宙および制御および動的システムのブレン教授です。 

「私たちは自然からインスピレーションを得ました。 鳥がどのように羽ばたき、飛び跳ねて電話線を通過できるかを考えてみてください」とチョン氏は言います。 「鳥が歩行と飛行の間を移動するときに、複雑だが興味深い行動が起こります。 私たちはそれを理解し、そこから学びたかったのです。」

「ジェットスーツを着た人間が着陸または離陸するときに脚と足を制御する方法と、LEOが分散型プロペラベースのスラスターと脚関節を同期制御する方法には類似点があります」とChung氏は付け加えた。 「私たちは、歩行と飛行のインターフェースを力学と制御の観点から研究したいと考えていました。」

二足歩行ロボット

二足歩行ロボットは、人間と同じような動作を使用して現実世界の地形を移動します。これらの動作には、走ったりジャンプしたりすることが含まれます。 ただし、起伏の多い地形ではこれが困難になることがよくあります。 飛行ロボットは、同じでこぼこした地形の上空を飛行することで、その上を簡単に移動することができますが、飛行中の高いエネルギー消費と限られた積載量によっても妨げられます。

Kynam Kim 氏はカリフォルニア工科大学の博士研究員であり、この論文の共同筆頭著者です。

「マルチモーダルな移動能力を備えたロボットは、利用可能な移動手段を適切に切り替えることで、従来のロボットよりも効率的に困難な環境を移動できます。 特に、LEO は、既存のロボット システムでは通常絡み合わない、空中移動と二足歩行という XNUMX つの異なる領域間のギャップを埋めることを目指しています」とキム氏は言います。

ハイブリッドムーブメントの開発

研究者らは、歩行と飛行の間のハイブリッド運動に頼ることでこの問題を回避しようと試みた。 LEO は軽量な脚を備えており、大きな重量を支えることでスラスターのストレスを軽減します。 

パトリック・シュピーラーはこの論文の共同筆頭著者です。

「通過する必要がある障害物の種類に基づいて、LEO は歩行または飛行のいずれかを使用するか、必要に応じて XNUMX つを組み合わせて使用​​するかを選択できます。 さらに、LEOは、スラックラインの上を歩いたり、スケートボードをしたりするなど、人間でもバランス感覚を習得する必要がある珍しい移動操作を実行することができます」とシュピーラー氏は言います。

LEO は高さ 2.5 フィートで、XNUMX つの作動ジョイントを備えた XNUMX 本の脚と、ロボットの肩に斜めに取り付けられた XNUMX つのプロペラ スラスターを備えています。 LEO のプロペラは、歩行時にロボットを直立状態に保つのに役立ち、脚アクチュエーターは脚の位置を変更してロボットの重心を前方に移動します。これは、同期した歩行と飛行のコントローラーを使用することによって行われます。 LEO は飛行中はドローンのように動作し、プロペラのみを使用します。

Elena-Sorina Lupu はカリフォルニア工科大学の大学院生で、この論文の共著者です。

「プロペラのおかげで、実際にロボットをひっくり返すことなく、強い力で LEO を突いたり突いたりすることができます」とルプ氏は言います。

チームは今後、より多くの重量を支えることができるより剛性の高い脚の設計を開発することで、LEOの性能を向上させることに努めるほか、プロペラの推力を増加させることも検討する予定です。 もうXNUMXつの目標は、LEOをより自律的にし、新しく開発されたドローン着陸制御アルゴリズムを搭載することです。 

「現在、LEO は歩行中のバランスをとるためにプロペラを使用していますが、これはエネルギーの使用効率がかなり低いことを意味します。 プロペラの助けを最小限に抑えながら、LEO が歩行してバランスを取れるように脚の設計を改善する予定です」と Lupu 氏は言います。