Tweebenige robot combineert lopen en vliegen om ruw terrein te navigeren

Een tweebenige robot die lopen en vliegen combineert om een nieuwe vorm van voortbeweging te creëren, is ontwikkeld door onderzoekers aan Caltech. Deze nieuwe combinatie maakt het mogelijk voor de robot om complexe bewegingen uit te voeren.

De robot is een mix tussen een lopende robot en een vliegende robot, en hij wordt LEONARDO genoemd, of LEO voor kort. Hij kan een slackline lopen, huppen en skateboarden.

De robot is ontwikkeld door een team aan het Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST) van Caltech, en het is de eerste robot die multi-joint benen en propeller-gebaseerde thrusters gebruikt om controle over zijn evenwicht te krijgen.

Het onderzoek is gepubliceerd op 6 oktober in Science Robotics.

Soon-Jo Chung is de corresponderende auteur en Bren Professor of Aerospace and Control and Dynamical Systems.

“We hebben inspiratie gehaald uit de natuur. Denk aan de manier waarop vogels kunnen fladderen en huppen om telefoonlijnen te navigeren,” zegt Chung. “Een complex maar intrigerend gedrag gebeurt als vogels zich bewegen tussen lopen en vliegen. We wilden dat begrijpen en leren.”

“Er is een overeenkomst tussen de manier waarop een mens met een jetpak zijn benen en voeten controleert als hij landt of opstijgt en de manier waarop LEO gesynchroniseerde controle van gedistribueerde propeller-gebaseerde thrusters en beengewrichten gebruikt,” voegt Chung toe. “We wilden de interface van lopen en vliegen bestuderen vanuit het dynamische en controle-standpunt.”

https://www.youtube.com/watch?v=DhpMlI8jb5o&t=5s

Tweebenige robots

Tweebenige robots gebruiken bewegingen zoals mensen om echte terreinen te navigeren, en deze bewegingen kunnen rennen of springen omvatten. Maar ruw terrein maakt het vaak moeilijk voor dit te gebeuren. Vliegende robots kunnen gemakkelijk hetzelfde ruwe terrein navigeren door erboven te vliegen, maar ze worden ook gehinderd door hoge energieverbruik tijdens de vlucht en beperkte laadcapaciteit.

Kyunam Kim is een postdoctorale onderzoeker aan Caltech en co-hoofdauteur van het artikel.

“Robots met een multimodale voortbeweging zijn in staat om door uitdagende omgevingen te bewegen met meer efficiëntie dan traditionele robots door tussen hun beschikbare middelen van beweging te schakelen. In het bijzonder heeft LEO tot doel de kloof tussen de twee verschillende domeinen van lucht- en tweebenige voortbeweging te overbruggen die normaal gesproken niet verweven zijn in bestaande robot-systemen,” zegt Kim.

Ontwikkeling van een hybride beweging

De onderzoekers probeerden hieromheen te komen door te vertrouwen op een hybride beweging die tussen lopen en vliegen ligt. LEO heeft lichte benen die de stress van zijn thrusters verminderen door een groot deel van het gewicht te ondersteunen.

Patrick Spieler is co-hoofdauteur van het artikel.

“Op basis van het type obstakels dat het moet passeren, kan LEO kiezen om te lopen of te vliegen, of een combinatie van beide te gebruiken. Bovendien kan LEO ongebruikelijke voortbewegingsmanoeuvres uitvoeren die zelfs bij mensen een meesterschap van evenwicht vereisen, zoals lopen op een slackline en skateboarden,” zegt Spieler.

LEO is 76 cm lang en heeft twee benen met drie geactiveerde gewrichten, evenals vier propeller-thrusters die schuin aan de schouders van de robot zijn gemonteerd. De propellers van LEO helpen hem rechtop te blijven als hij loopt, en de beenactuatoren veranderen de positie van de benen om het zwaartepunt van de robot naar voren te verplaatsen, wat hij doet met behulp van een gesynchroniseerde lopende en vliegende controller. Als LEO vliegt, werkt hij als een drone en gebruikt hij alleen de propellers.

Elena-Sorina Lupu is een doctoraalstudent aan Caltech en co-auteur van het artikel.

“Vanwege zijn propellers kun je LEO met veel kracht porren of duwen zonder de robot daadwerkelijk omver te duwen,” zegt Lupu.

Het team zal nu proberen om LEO’s prestaties te verbeteren door een stijver beenontwerp te ontwikkelen dat meer gewicht kan ondersteunen, en ze zullen ook proberen om de stuwkracht van de propellers te vergroten. Een ander doel is om LEO meer autonomie te geven en om hem uit te rusten met een nieuw ontwikkeld drone-landingscontrole-algoritme.

“Op dit moment gebruikt LEO propellers om in evenwicht te blijven tijdens het lopen, wat betekent dat hij energie relatief inefficiënt gebruikt. We zijn van plan om het beenontwerp te verbeteren om LEO te laten lopen en in evenwicht te blijven met minimale hulp van propellers,” zegt Lupu.