Robotar går snabbare med nyutvecklade flexibla fötter

Robotforskare vid University of California San Diego har utvecklat flexibla fötter för robotar. Den nya tekniken kan resultera i att robotar går 40 procent snabbare på ojämna underlag som grus och träflis.

Den nya utvecklingen är viktig för en mängd olika tillämpningar, särskilt sök- och räddningsuppdrag.

Forskningen kommer att presenteras på RoboSoft-konferensen, som kommer att vara virtuell och äga rum mellan den 15 maj och 15 juli 2020.

Emily Lathrop är en doktorand vid Jacobs School of Engineering vid UC San Diego och den första författaren till artikeln.

“Robotar behöver kunna gå snabbt och effektivt på naturliga, ojämna underlag så att de kan gå överallt där människor kan gå, men kanske inte bör”, sa Lathrop.

Michael T. Tolley är en professor vid institutionen för mekanik och rymdteknik vid UC San Diego. Han är den seniora författaren till artikeln.

“Vanligtvis kan robotar bara kontrollera rörelse i specifika leder”, sa Tolley. “I det här arbetet visade vi att en robot som kan kontrollera styvheten och därmed formen på sina fötter presterar bättre än traditionella konstruktioner och kan anpassa sig till en mängd olika underlag.”

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

Flexibla robotfötter

De flexibla robotfötterna består av en latexmembran som fylls med kaffebönor. Kaffebönorna kan växla mellan att bete sig som en fast och en flytande substans. Mekanismen som tillåter granulära medier, som kaffebönorna, att bete sig på detta sätt kallas granulär blockering. Som ett resultat kan robotarna gå snabbare och ha ett bättre grepp.

När robotfötterna kommer i kontakt med marken blir de hårda och anpassar sig till ytan för att etablera ett stabilt fotfäste. När de rör sig lossnar fötterna och blir mjuka mellan stegen, och stödstrukturer används för att hjälpa dem att förbli flexibla medan de är blockerade.

Dessa flexibla fötter var de första i sitt slag som testades på ojämna ytor.

Forskarna monterade fötterna på en hexapod-robot och designade och byggde ett ombordssystem. Ombordssystemet kan generera negativt tryck och positivt tryck för att lossa och blockera fötterna mellan varje steg. För att blockera fötterna avlägsnar en vakuum-pump luften mellan kaffebönorna. De kan också blockeras passivt om robotens vikt tvingar ut luften mellan kaffebönorna.

Ojämna ytor

Roboten testades gående på en mängd olika ytor, inklusive platt mark, träflis och grus, med och utan de flexibla fötterna. Resultaten visade att passiv blockering är mest effektiv på platt mark och aktiv blockering är bäst på lösa stenar.

Med de flexibla fötterna kunde robotens ben greppa marken bättre, vilket i sin tur ökade dess hastighet. Detta var särskilt sant när roboten gick uppför lutande och ojämna ytor.

Nick Gravish är en professor vid UC San Diego institutionen för mekanik och rymdteknik och medförfattare till studien.

“Den naturliga världen är full av utmanande underlag för gående robotar – hala, steniga och mjuka underlag gör gången komplicerad”, sa Gravish. “Fötter som kan anpassa sig till dessa olika typer av underlag kan hjälpa robotar att förbättra sin rörlighet.”

Forskarna kommer nu att försöka integrera mjuka sensorer på undersidan av fötterna, vilket kommer att tillåta en elektronisk styrenhet att användas. Den elektroniska styrenheten skulle identifiera typen av mark som roboten ska gå över och om fötterna behöver blockeras aktivt eller passivt. Forskarna kommer också att fortsätta att förbättra design- och styralgoritmer för bättre effektivitet.