Ingenjörer arbetar med tvåbent, humanoid robot

Ingenjörer arbetar för närvarande med att utveckla en tvåbent, humanoid robot som kan utöva kraft och trycka mot något medan den behåller balansen. Ett team på MIT och University of Illinois at Urbana-Champaign har lyckats hitta ett sätt att kontrollera balansen i en fjärrstyrd robot. Detta kommer att spela en avgörande roll för att humanoider ska kunna utföra högimpaktuppgifter i svåra miljöer.

Roboten som skapades av teamet har en “fräst torso och två ben”. De kan kontrollera roboten på distans via en människa som bär en väst som sänder information om människans rörelse och markreaktionskrafter.

Den mänskliga operatören kan kontrollera robotens lokomotion, och västen tillåter också människan att känna robotens rörelser. Till exempel kommer människan att känna ett ryck i västen om roboten börjar falla eller tappa balansen. Detta tillåter människan att justera och stabilisera roboten.

I experimenten och testerna som genomfördes kunde människorna lyckas hålla robotens balans, även när den hoppade och gick på plats med människan.

Joao Ramos, en postdoktor på MIT, utvecklade den nya metoden.

“Det är som att springa med en tung ryggsäck – du kan känna hur dynamiken i ryggsäcken rör sig runt dig, och du kan kompensera ordentligt”, säger han. “Nu kan vi öppna tunga dörrar eller lyfta eller kasta tunga föremål, med rätt balanskommunikation.”

Ramos är för närvarande biträdande professor vid University of Illinois at Urbana-Champaign, och han publicerade studien i Science Robotics. Sangbae Kim, biträdande professor i maskinteknik på MIT, är medförfattare till studien.

Forskningen stöddes också delvis av Hon Hai Precision Industry Co, Ltd. och Naver Labs Corporation.

Tidigare arbete

Kim och Ramos utvecklade tidigare den tvåbenta roboten HERMES (för Highly Efficient Robotic Mechanisms and Electromechanical System), och de arbetade också med metoder som gjorde det möjligt för den att härma en operatör via fjärrstyrning. Enligt forskarna har denna metod mänskliga fördelar.

“Eftersom du har en person som kan lära sig och anpassa sig på flyget, kan en robot utföra rörelser som den aldrig har tränat på förut [via fjärrstyrning]”, säger Ramos.

HERMES kunde utföra vissa handlingar, såsom att hälla kaffe i en kopp, hugga ved med en yxa och använda en brandsläckare för att släcka en brand. Dessa handlingar kräver användning av robotens överkropp, och algoritmerna matchar robotens lemposition med operatörens. Den enda anledningen till att HERMES kunde utföra högimpaktaktioner var att den var fast på plats, vilket gör det mycket lättare att behålla balansen. Att ta några steg skulle troligen ha resulterat i att roboten föll omkull.

“Vi insåg att för att generera höga krafter eller flytta tunga föremål, skulle det inte räcka att bara kopiera rörelser, eftersom roboten skulle falla lätt”, säger Kim. “Vi behövde kopiera operatörens dynamiska balans.”

Lilla Hermes

Teamet utvecklade Lilla HERMES, som är en miniatyrversion av den ursprungliga. Roboten är cirka en tredjedel av storleken på en genomsnittlig vuxen människa. Den skapades med en torso och två ben, och den utvecklades specifikt för att testa handlingar som beror på underkroppen, inklusive lokomotion och balans.

Lilla HERMES använder fjärrstyrning, och operatören bär en väst som används för att kontrollera roboten.

Att härma människans rörelser var en sak, men att härma balansen är svårare. Teamet identifierade balans som bestående av två huvudsakliga aspekter, en persons tyngdpunkt och tryckpunkt.

Ramos fann att en persons balans bestäms av tyngdpunkten i förhållande till tryckpunkten.

Efter att ha kondenserat data och utvecklat flera modeller började de utföra tester. De fann till slut en modell att använda på Lilla HERMES.

Lilla HERMES kunde kontrolleras via västen, och Ramos kunde känna robotens rörelser. Ett av testerna innebar att Lilla HERMES träffades av en hammare, och Ramos kände västen rycka i den riktning som roboten rörde sig. När Ramos motstod rörelsen följde roboten, vilket tillät den att behålla balansen och undvika att falla omkull.

Kim och Ramos planerar att fortsätta arbeta med att utveckla en fullständig humanoid. De hoppas att den en dag ska kunna operera i en katastrofzon och hjälpa till med räddningsinsatser.

“Nu kan vi öppna tunga dörrar eller lyfta eller kasta tunga föremål, med rätt balanskommunikation”, säger Kim.