Маленький колесный робот надевает новые туфли для бездорожья

При разработке системы мобильности для робота цель обычно состоит в том, чтобы придумать единую систему, которая позволяет вашему роботу делать все, что вам может понадобиться, будь то ходьба, бег, катание, плавание или какое-либо сочетание эти вещи. Однако это совсем не то, как люди делают это: если бы люди следовали за моделью робота, мы бы ходили вокруг, надевая какие-то ужасные комбинации кроссовок, походных ботинок, роликовых коньков, лыж и ласт на ногах. Вместо этого мы делаем разумную вещь и оптимизируем нашу систему мобильности для различных ситуаций, надевая разные пары обуви. 

В ICRA исследователи из Технологии Джорджии продемонстрировали, как этот обмен обуви может быть применен к роботам. Они не просто придумали робота, который может использовать «сменные движители» — как они называют ботинки робота, — но, что самое важное, им удалось довести его до обмена самостоятельно с помощью симпатичной маленькой руки-робота.

Отличный, верно? Ботинки робота, т. Е.  Движители,  плотно прилегают к т-образным пазам на колесах и остаются надежными благодаря сочетанию геометрической ориентации и постоянных магнитов. В результате получается довольно простая система крепления с высоким удерживающим усилием, но с низким усилием отсоединения, если манипулятор правильно качает башмаки. На данный момент все в разомкнутом контуре, и это занимает некоторое время — в реальном времени замена одного движителя занимает около 13 секунд.

Даже несмотря на то, что для замены движителя требуется, чтобы робот носил сами движители, а это означает, что он также должен нести довольно высокий DOF-манипулятор, манипулятор, по крайней мере, можно использовать для любых других полезных вещей. Многие мобильные роботы уже имеют манипуляторы того или иного рода, хотя обычно они предназначены для взаимодействия с миром, а не для его модификации. С некоторыми изменениями в структуре или степенях свободы мобильные манипуляторы могут также потенциально использовать заменяемые движители.

Если вам интересно, стоит ли эта дополнительная сложность, в том смысле, что робот с постоянными колесными опорами может делать все, что делает этот робот, не беспокоясь о замене руки или движителя, то получается, что он делает существенная разница в эффективности. В его колесной конфигурации на плоском бетоне стоимость транспортировки робота составила 0,97, что, по словам исследователей, «примерно в три раза меньше по сравнению с результатами на бетонах с ножками». И, конечно, идея заключается в том, что в конечном итоге робот сможет обрабатывать гораздо более разнообразные ландшафты благодаря встроенным запасам движителей различного типа. 

Для более подробной информации, мы связались с первым автором Раймондом Кимом по электронной почте.

IEEE Spectrum: Люди постоянно меняют обувь, чтобы делать разные вещи — как вы думаете, почему это раньше не применялось к роботам?

Раймонд Ким:На наш взгляд, для этого есть две причины. Во-первых, на сегодняшний день большинство манипуляторов, установленных на транспортном средстве, в первую очередь предназначены для восприятия и взаимодействия с внешним миром, а не с роботом. Следовательно, установленные на транспортном средстве манипуляторы могут не иметь доступа ко всем частям робота или ощущать взаимодействие между рукой и кузовом транспортного средства. Во-вторых, передвижение включает в себя относительно большие силы между двигательной установкой и землей. Установленные на транспортном средстве манипуляторы исторически были легкими, чтобы минимизировать размер, массу и энергопотребление. В результате такие манипуляторы не могут навязывать большие силы. Поэтому любой сменный движитель должен быть способен выдерживать большие нагрузки локомотива, а также легко приспосабливаться к небольшим манипуляционным силам. Эти два требования часто противоречат друг другу, что создает сложную проблему дизайна. В нашей презентации ICRA было видео о неудачах, которое показывало, что происходит, когда дизайн недостаточно надежен.

Сколько автономии в системе сейчас?

В настоящее время автономия ограничена отслеживанием траектории манипулятора во время процесса смены обуви / движителей. Мы инициируем смену обуви на основе команды человека, а операция смены обуви — это сценарий, основанный на сценариях. Для полностью автономной версии нам понадобится алгоритм планирования пути, который способен идентифицировать местность, чтобы определить, когда нужно адаптироваться. Это можно сделать с помощью встроенных датчиков или предварительно загруженной карты. 

Является ли эта концепция в первую очередь полезной для модификации роторных двигателей, или она может иметь преимущества и для других типов систем мобильности?

Мы предполагаем, что эта концепция может быть применена к широкому кругу систем передвижения. Несмотря на то, что мы сосредоточились на поворотных приводах из-за их общего использования, мы представляем аналогичное изменение конечного исполнительного механизма на линейном приводе. Кроме того, эти методы можно использовать для модификации пассивных компонентов, таких как добавление хвоста к задней части робота, плуга впереди или перераспределение массы системы.

Как вы думаете, от каких движителей может выиграть ваш робот?

Мы очень рады исследовать широкий спектр движителей. Мы думаем, что для наземного передвижения важнее адаптация к снегу или песку. Это может включать изменение колес путем добавления шипов или лопастей. Кроме того, мы изначально были мотивированы военно-морскими операциями. Военно-морской персонал может плавать на берег, используя ласты, а затем переключаться на ботинки для работы на суше. Этот переключатель может значительно улучшить эффективность локомотива. Представьте, что вы пытаетесь плавать в сапогах или подниматься по лестнице с ластами! Мы с нетерпением ждем аналогичных конструкций, которые переключаются между плавниками и колесами / ногами для амфибийного поведения.

Над чем вы работаете дальше?

Наше непосредственное внимание сосредоточено на улучшении характеристик нашего существующего наземного транспортного средства. Мы добавляем чувствительность к руке, чтобы замена движителей могла выполняться быстрее и с большей надежностью. Кроме того, мы стремимся адаптировать алгоритмы планирования движения с учетом уникальных особенностей нашего автомобиля. Наконец, мы заинтересованы в рассмотрении других типов адаптаций. Это может включать сменные движители или другие изменения свойств автомобиля. Манипуляции создают большую гибкость, и мы широко заинтересованы в том, как можно разрабатывать новые типы транспортных средств, чтобы воспользоваться преимуществами адаптации на основе манипуляций.