Двуногий робот, сочетающий ходьбу и полет для навигации по пересеченной местности

Двуногий робот, сочетающий ходьбу и полет для создания нового типа движения, был разработан исследователями в Калтехе. Это новое сочетание позволяет роботу выполнять сложные движения.

Робот представляет собой смесь между ходящим роботом и летающим роботом, и его называют LEONARDO, или ЛЕО для краткости. Он способен ходить по натянутой веревке, прыгать и кататься на скейтборде.

Робот был разработан командой в Центре автономных систем и технологий (CAST) Калтеха, и это первый робот, использующий многосуставные ноги и пропеллерные толкатели для достижения контроля над балансом.

Исследование было опубликовано 6 октября в журнале Science Robotics.

Сун-Джо Чунг является соответствующим автором и профессором аэрокосмической и контрольной техники и динамических систем.

“Мы черпали вдохновение из природы. Подумайте о том, как птицы способны хлопать и прыгать, чтобы ориентироваться на телефонных линиях”, – говорит Чунг. “Сложное, но интересное поведение происходит, когда птицы перемещаются между ходьбой и полетом. Мы хотели понять и узнать из этого.”

“Есть сходство между тем, как человек, одетый в джет- костюм, контролирует ноги и ступни при приземлении или взлете, и тем, как ЛЕО использует синхронизированный контроль распределенных пропеллерных толкателей и суставов ног”, – добавляет Чунг. “Мы хотели изучить интерфейс между ходьбой и полетом с точки зрения динамики и управления.”

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

Двуногие роботы

Двуногие роботы используют движения, подобные человеческим, для навигации по реальным местностям, и эти движения могут включать бег или прыжки. Однако пересеченная местность часто делает это трудным. Летающие роботы способны легко ориентироваться на этой же пересеченной местности, летая над ней, но они также ограничены высоким энергопотреблением во время полета и ограниченной грузоподъемностью.

Кюнъям Ким является постдокторантом в Калтехе и соавтором статьи.

“Роботы с многорежимной способностью движения способны перемещаться через сложные среды более эффективно, чем традиционные роботы, правильно переключаясь между доступными средствами движения. В частности, ЛЕО стремится устранить разрыв между двумя различными областями воздушного и двуногого движения, которые обычно не связаны в существующих роботических системах”, – говорит Ким.

Разработка гибридного движения

Исследователи попытались обойти это, полагаясь на гибридное движение, которое находится между ходьбой и полетом. ЛЕО имеет легкие ноги, которые снимают нагрузку с толкателей, поддерживая большую часть веса.

Патрик Шпилер является соавтором статьи.

“В зависимости от типа препятствий, которые ему необходимо преодолеть, ЛЕО может выбрать ходьбу или полет, или сочетать их по мере необходимости. Кроме того, ЛЕО способен выполнять необычные маневры движения, которые даже у людей требуют мастерства баланса, такие как ходьба по натянутой веревке и катание на скейтборде”, – говорит Шпилер.

ЛЕО имеет высоту 76 см и имеет две ноги с тремя суставами, а также четыре пропеллерных толкателя, установленных под углом на плечах робота. Пропеллеры ЛЕО помогают ему сохранять вертикальное положение при ходьбе, и актуаторы ног изменяют положение ног, чтобы переместить центр масс робота вперед, что он делает с помощью синхронизированного контроллера ходьбы и полета. Когда ЛЕО летит, он работает как беспилотник и использует только пропеллеры.

Елена-Сорина Лупу является аспиранткой в Калтехе и соавтором статьи.

“Благодаря своим пропеллерам, вы можете толкать или подталкивать ЛЕО с большой силой, не опрокидывая робота”, – говорит Лупу.

Команда теперь намерена улучшить производительность ЛЕО, разработав более жесткую конструкцию ног, способную выдержать больший вес, и они также намерены увеличить силу тяги пропеллеров. Другой целью является сделать ЛЕО более автономным и оснастить его новым алгоритмом управления посадкой беспилотника.

“В настоящее время ЛЕО использует пропеллеры для балансирования во время ходьбы, что означает, что он использует энергию довольно неэффективно. Мы планируем улучшить конструкцию ног, чтобы ЛЕО мог ходить и балансировать с минимальной помощью пропеллеров”, – говорит Лупу.