Студент сконструировал механическую ногу для робота, которая прыгает в два раза выше своей высоты

      Комментарии к записи Студент сконструировал механическую ногу для робота, которая прыгает в два раза выше своей высоты отключены

Студент сконструировал механическую ногу для робота, которая прыгает в два раза выше своей высоты

За редким исключением (см. выше), современные двуногие либо четвероногие роботы не могут на энергичные динамичные перемещения. Роботы-гуманоиды редко могут бегать и прыгать, а четвероногие роботы лишь сравнительно не так давно освоили базисные навыки динамических передвижений. А ведь это очень важный навык для любого робота, что перемещается по пересечённой местности и преодолевает препятствия.

Получается, что для них остаются недоступными больше половины земной суши. Они просто не смогут в том направлении попасть. Это серьёзно ограничивает сферу применения роботов, поскольку они должны быть вездесущими.

Кое-какие из существующих роботов, талантливых на энергичные перемещения ногами: 1) Boston Dynamics SpotMini; 2) UPenn/Ghost Robotics Minitaur; 3) ATRIAS; 4) RHex и Canid; 5) StarlETH; 6) Boston Dynamics Spot; 7) MIT Cheetah; 8) Boston Dynamics Atlas. Иллюстрация: Саймон Калуче/Университет Карнеги-Меллона

Как видно на иллюстрации, инженеры до сих пор не смогут определиться, какая конструкция ног будет самая эффективной для робота. Предлагаются различные варианты. На фотографиях продемонстрированы роботы с различным строением ноги: прямая нога (prismatic), сочленённая (series articulated), избыточно сочленённая (redundantly articulated) и плоская параллельная (parallel planar).

Обычные строения ноги у существующих роботов. Слева направо сверху вниз: Raibert, BDI Spot, MIT Cheetah, Boston Dynamics Big Dog, Penn/Ghost Robotics Minitaur, ATRIAS, GOAT. Иллюстрация: Саймон Калуче/Университет Карнеги-Меллона

Студент Университета Карнеги-Меллона Саймон Калуче (Simon Kalouche) предложил новый тип конструкции ноги для прыгающего робота: пространственно-параллельную конструкцию (parallel spatial на схеме). Студент кроме этого изготовил действующий прототип таковой ноги, которую обрисовал в собственный дипломной работе (pdf).

CAD-рендеринг робота с четырьмя ногами GOAT. Изображение: Саймон Калуче/Университет Карнеги-Меллона

Конструкция ноги стала называться GOAT, что свидетельствует «Gearless Omni-directional Acceleration-направляться Topology». В дипломной работе Саймон Калуче растолковывает, что в живой природе имеется примеры млекопитающих, каковые отличаются немыслимой прыгучестью. В частности, это снежная коза Oreamnos americanus, талантливая передвигаться по пересечённой местности, перепрыгивать пропасти, скакать со скалы на гора.

Это животное дало автору воодушевление для роботизированной ноги, не смотря на то, что конструкция ноги GOAT имеет мало неспециализированного с ногой настоящего животного. Но в совершенстве, роботы в будущем должны владеть такой же фантастической подвижностью, как снежная коза.

Снежная коза прыгает по горам. Фото: W.не меньше, M.D./Corbis, Britannica

Пространственно-параллельная конструкция ноги GOAT снабжает «проворную ходьбу, бег и, самое основное, взрывные прыжки в любом направлении и активное мягкое приземление», пишет создатель. Он согласен, что по скорости бега робот с этими ногами не сможет соперничать с известным роботом-гепардом Cheetah от инженеров Boston Dynamics и Массачусетского технологического университета, но GOAT имеет преимущество перед Cheetah по по манёвренности.

Он значительно лучше подходит для передвижения прыжками, к примеру, по завалам в зоне стихийного бедствия либо техногенной трагедии, на поле боя, в непростых природных условиях. Таковой робот может перепрыгивать высокие преграды, заборы, стенки, взбираться по подъёмам кроме того с предельным для человека углом подъёма более 45°. Грубо говоря, он уступает Cheetah по скорости перемещения в 1D, но побеждает во всех измерениях 3D.

Робот GOAT способен преодолевать другие препятствия, каковые видятся на пути: расщелины, пещеры, ямы, рвы, окопы. На видео продемонстрировано, что конструкция робота предусматривает сохранение равновесия и мягкую посадку кроме того по окончании самого большого прыжка.

Опробования ноги GOAT с различными настройками

В конструкции GOAT употребляется привод T-Motor U10 с одноступенчатой планетарной передачей Matex 75–7MLD 7:1.

В дипломной работе создатель сравнивает различные типы моторов. В таблице приведены результаты тестирования четырёх типов приводов: безредукторный электропривод T-Motor (DD, direct drive), электропривод T-Motor с одной планетарной передачей (QDD, quasi-direct-drive), электропривод T-Motor с двумя планетарными передачами (GM, gear motor), и электропривод Hebi X-5 SEA.

Все четыре типа приводов продемонстрированы на фотографиях, слева направо: DD, QDD, GM и SEA.

Создатель говорит, что у каждого электропривода имеется собственные недочёты, исходя из этого было нужно идти на компромисс. Он растолковывает, из-за чего выбрал как раз электропривод с одной планетарной передачей — он самый оптимально вписывается в конструкцию GOAT.

Конструкция сустава «ноги» GOAT складывается из трёх подробностей с пересекающимися осями. Моделирование в Solidworks FEA продемонстрировало, что на таковой сустав выясняется давление до 123 psi в его нижней части. Исходя из этого этот компонент направляться изготовлять из высокоуглеродистой стали с пределом текучести 125 psi, тогда как большая часть остальных подробностей возможно изготовлять из алюминия 7075 с пределом текучести 73 psi.

На протяжении тестирования ноги GOAT была достигнута высота прыжка 82 см, что более чем вдвое превышает высоту самой конструкции.

До тех пор пока что Саймон Калуче изготовил лишь прототип одной ноги GOAT для диссертации. В будущем он собирается продолжить работу над роботом. Быть может, совместно с инженерами из вторых научно-исследовательких центров либо частных компаний окажется изготовить полноценного четырёхногого робота, что вправду будет проворно передвигаться по пересечённой местности.

Либо кто-нибудь изготовит для того чтобы робота раньше, чем создатель, поскольку его диссертация со всеми выкладками лежит в открытом доступе, разве что CAD-файлов не достаточно. Но возможно попытаться повторить эту работу.

Роберт Фул о технике и эволюции


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: