Ногая робот
Роботы с ногами — это тип мобильных роботов , которые используют шарнирные конечности, такие как механизмы ног , для обеспечения передвижения . Они более универсальны, чем колесные роботы, и могут преодолевать самые разные местности, хотя эти преимущества требуют большей сложности и энергопотребления. Роботы с ногами часто имитируют животных с ногами, таких как люди или насекомые, в качестве примера биомимикрии . [1] [2]
Походка и модель поддержки
[ редактировать ]Роботы с ногами, или шагающие машины , предназначены для передвижения по пересеченной местности и требуют управления приводами ног для поддержания баланса, датчиками для определения положения ног и алгоритмами планирования для определения направления и скорости движения. [3] [4] Периодический контакт ног робота с землей называется походкой ходунка.
Чтобы поддерживать передвижение, центр тяжести ходунков должен поддерживаться статически или динамически. Статическая поддержка обеспечивается за счет того, что центр тяжести находится в пределах опоры, образованной ногами, соприкасающимися с землей. Динамическая поддержка обеспечивается за счет сохранения траектории центра тяжести таким образом, чтобы его можно было перемещать силами одной или нескольких его опор. [5]
Типы
[ редактировать ]Роботов с ногами можно разделить на категории по количеству используемых ими конечностей, что определяет походку доступную . Многоногие роботы, как правило, более устойчивы, а меньшее количество ног обеспечивает большую маневренность.
Одноногий
[ редактировать ]Одноногие роботы или пого-палки используют для навигации подпрыгивающие движения. В 1980-х годах Университет Карнеги-Меллон разработал одноногого робота для изучения баланса. [6] Беркли – еще один пример. SALTO [7] [8] [9] [10]
Двуногий
[ редактировать ]
Двуногие или двуногие роботы демонстрируют двуногое движение . Таким образом, они сталкиваются с двумя основными проблемами:
- контроль устойчивости , который относится к балансу робота, и
- управление движением , которое относится к способности робота двигаться.
Контроль устойчивости особенно затруднен для двуногих систем, которые должны сохранять равновесие в направлении вперед-назад даже в состоянии покоя. [1] Некоторые роботы, особенно игрушечные, решают эту проблему с помощью больших ножек, которые обеспечивают большую устойчивость и одновременно снижают мобильность. Альтернативно, более продвинутые системы используют датчики, такие как акселерометры или гироскопы, для обеспечения динамической обратной связи, приближающейся к балансу человеческого существа. [1] Такие датчики также используются для контроля движения и ходьбы. Сложность этих задач поддается машинному обучению . [2]
Простое двуногое движение можно аппроксимировать катящимся многоугольником , длина каждой стороны которого соответствует длине одного шага. По мере того как длина шага становится короче, число сторон увеличивается и движение приближается к круговому. Это связывает движение на двух ногах с движением на колесиках как ограничение длины шага. [2]
К двуногим роботам относятся:
- Boston Dynamics Атлас
- Игрушечные роботы, такие как QRIO и ASIMO .
- . Робот НАСА «Валькирия», предназначенный для помощи людям на Марсе [11]
- , играющий в пинг-понг Робот TOPIO .
Четвероногий
[ редактировать ]
Четвероногие или четвероногие роботы демонстрируют четвероногое движение . Они выигрывают от повышенной устойчивости по сравнению с двуногими роботами, особенно во время движения. На малых скоростях четвероногий робот может передвигать только одну ногу за раз, обеспечивая устойчивость штатива. Четвероногие роботы также выигрывают от более низкого центра тяжести, чем двуногие системы. [1]
Четвероногие роботы включают в себя:
- Серия TITAN, разрабатываемая с 1980-х годов лабораторией Хиросе-Йонеда. [1]
- Динамически стабильный BigDog , разработанный в 2005 году компанией Boston Dynamics, Лабораторией реактивного движения НАСА и полевой станцией Конкорд Гарвардского университета. [12]
- Преемник BigDog, LS3 .
- Спот от Boston Dynamics
- ANYmal и ANYmal X ( взрывозащищенная версия) от ANYbotics [13]
- Новый мини-робот-гепард от MIT, переворачивающийся назад
- Цель [14] от Unitree Robotics
- Стэнфордский щенок [15]
- Роботы Open Dynamic Robot Initiative с 8DOF и 12DOF [16] [17]
- Боткэт-робот с подвижным позвоночником [18] [19]
- Робот «Гепарденок» из Лаборатории биоробототехники [20] [21]
- Робот Онцилла от Лаборатории биоробототехники (с открытым исходным кодом) [22] [23]
- Робот Морти от Dynamic Locomotion Group [24] [25]
- Медоед от MAB Robotics [26]
- Сван М2 от xTerra Robotics [27]
Шестиногий
[ редактировать ]Шестиногие роботы, или гексаподы , движимы стремлением к еще большей устойчивости, чем двуногие или четвероногие роботы. Их конечный дизайн часто имитирует механику насекомых, и их походку можно отнести к аналогичной категории. К ним относятся:
- Волновая походка: самая медленная походка, при которой пары ног движутся «волной» сзади вперед.
- Походка на штативе: немного более быстрый шаг, при котором одновременно движутся три ноги. Остальные три ноги служат устойчивым штативом для робота. [1]
Шестиногие роботы включают в себя:
- LAURON , шестиногий биологический робот , разрабатываемый в FZI Forschungszentrum Informatik в Германии .
- Odex, гексапод весом 375 фунтов, разработанный Odetics в 1980-х годах. Odex отличился бортовыми компьютерами, которые контролировали каждую ногу. [6]
- Чингисхан, один из первых автономных шестиногих роботов, был разработан в Массачусетском технологическом институте Родни Бруксом в 1980-х годах. [1] [28]
- Современная серия игрушек Hexbug .
Восьминогий
[ редактировать ]Восьминогие роботы вдохновлены пауками и другими паукообразными, а также некоторыми подводными ходоками. Они обладают наибольшей стабильностью, что позволило добиться некоторых первых успехов с роботами на ногах. [1]
Восьминогие роботы включают в себя:
- Данте, проект Университета Карнеги-Меллона, направленный на исследование горы Эребус . [1]
- T8X, коммерчески доступный робот, предназначенный для имитации внешнего вида и движений паука. [29]
Гибриды
[ редактировать ]Некоторые роботы используют комбинацию ног и колес. Это обеспечивает машине скорость и энергоэффективность передвижения на колесах, а также мобильность передвижения на ногах. компании Boston Dynamics Одним из примеров является Handle , двуногий робот с колесами на обеих ногах. [30]
См. также
[ редактировать ]- Бостон Динамикс
- Гуманоидный робот
- Связь Янсена
- Связь Клана
- Механизм ног
- Меха
- Передвижение робота
- Шагающее транспортное средство
- Веги
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Бекей, Джордж А. (2005). Автономные роботы: от биологического вдохновения к внедрению и управлению . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 978-0-262-02578-2 .
- ^ Jump up to: а б с Ван, Линфэн.; Тан, КЦ; Чу, Чи Мэн. (2006). Эволюционная робототехника: от алгоритмов к реализациям . Хакенсак, Нью-Джерси: World Scientific Pub. ISBN 978-981-256-870-0 .
- ^ С.М. Сонг и К.Дж. Уолдрон, Машины, которые ходят: автомобиль с адаптивной подвеской , MIT Press, 327 стр.
- ^ Дж. Майкл Маккарти (март 2019 г.). Кинематический синтез механизмов: проектный подход . МДА Пресс.
- ^ М. Х. Райберт, Балансирующие ножные роботы . Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 1986.
- ^ Jump up to: а б Бриттон, Питер (сентябрь 1984 г.). «Разработка нового поколения шагающих машин». Популярная наука . Том. 225, нет. 3. С. 67–69.
- ^ Израиль, Бретт (06 декабря 2016 г.). «Робот, прыгающий через стену, является самым маневренным в вертикальном положении из когда-либо созданных» . Новости Беркли . Проверено 7 июня 2017 г.
- ^ Джейсон Фалконер. «Двухчастные «заикающиеся прыжки» могут снизить энергопотребление прыгающего робота» . 2012.
- ^ Байрон Спайс. «BowGo! Исследователи робототехники CMU разработали пого-палку, которая целится высоко» . 2001.
- ^ Лив. «Взрывной робот Pogo Stick перепрыгивает через 25-футовые препятствия». Архивировано 6 августа 2011 г. в Wayback Machine, 2009 г.
- ^ Суббараман, Нидхи. 2013. «Герой-гуманоид Валькирия — новейший двуногий робот НАСА». Архивировано 22 марта 2018 г. в Wayback Machine NBC News. 11 декабря.
- ^ «BigDog — самый продвинутый робот повышенной проходимости на Земле» . Бостон Динамикс. Архивировано из оригинала 18 мая 2017 г. Проверено 7 июня 2017 г.
- ^ «ANYbotics | Автономные ножные роботы для промышленного контроля» . ЭНИботикс .
- ^ Чен, Чжункай. «единодерево» . унитри .
- ^ «Щенок — Стэнфордская студенческая робототехника» . Стэнфордская студенческая робототехника .
- ^ «Инициатива по открытым динамическим роботам» . open-dynamic-robot-initiative.github.io .
- ^ Гриммингер, Ф., Медури, А., Хадив, М., Вирек, Дж., Вютрих, М., Наво, М., Беренц, В., Хайм, С., Видмайер, Ф., Флайолс, Т. , Фиене Дж., Бадри-Спровиц А. и Ригетти Л. (2020). Открытая модульная архитектура робота с управлением крутящим моментом для исследования движения ног. Письма IEEE по робототехнике и автоматизации, 5 (2), 3650–3657. https://doi.org/10.1109/LRA.2020.2976639
- ^ «Робот Бобкэт» . Робот Bobcat, Лаборатория биоробототехники EPFL .
- ^ Хорамшахи М., Спровиц А., Тулеу А., Ахмадабади М.Н. и Эйспирт А. (2013). Преимущества активного движения позвоночника с поддержкой ограничивающего движения с помощью небольшого послушного четвероногого робота. Материалы Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации 2013 г., 3329–3334. https://doi.org/10.1109/ICRA.2013.6631041
- ^ «Гепарденок – покладистый четвероногий робот» . Гепард, Лаборатория биоробототехники ЭФФЛ .
- ^ Спровиц А., Тулеу А., Веспиньяни М., Аджаллуян М., Бадри Э. и Эйспирт А. (2013). К динамическому передвижению рысью: проектирование, управление и эксперименты с детенышем гепарда, податливым четвероногим роботом. Международный журнал исследований робототехники, 32 (8), 932–950. https://doi.org/10.1177/0278364913489205
- ^ «Четвероногий робот Онцилла» . Робот Онцилла, Лаборатория биоробототехники EPFL .
- ^ Шпровиц, А.Т., Тулеу, А., Аяллуян, М., Веспиньяни, М., Мёкель, Р., Экерт, П., Д'Хэне, М., Дегрейв, Дж., Нордманн, А., Шраувен, Б. ., Стейл Дж. и Эйспирт А.Дж. (2018). Робот Oncilla: универсальный четвероногий исследовательский робот с открытым исходным кодом и совместимыми с пантографом ногами. Границы робототехники и искусственного интеллекта, 5. https://doi.org/10.3389/frobt.2018.00067.
- ^ «Четвероногий робот Морти» . Группа динамического передвижения, Институт интеллектуальных систем Макса Планка .
- ^ Руперт, Ф., и Бадри-Спровиц, А. (2022). Обучение пластическому согласованию динамики робота в генераторах центральных шаблонов с обратной связью. Природный машинный интеллект, 4 (7), 652–660. https://doi.org/10.1038/s42256-022-00505-4
- ^ МАБ Робототехника. «Сайт компании МАБ Роботоикс» .
- ^ xTerra Робототехника. «xTerra Robotics India» .
- ^ Брукс, Р. (1989). Робот, который ходит: новые модели поведения тщательно разработанной сети. Нейронные вычисления 1 (2): 253–262; перепечатано в Р. Бруксе, «Кембрийский интеллект: ранняя история нового искусственного интеллекта» (Кембридж, Массачусетс: MIT Press), гл. 2.
- ^ Уолш, Майкл (11 февраля 2017 г.). «Гигантские роботы-пауки скоро будут править нами всеми» . Нердист . Архивировано из оригинала 15 февраля 2017 г. Проверено 7 июня 2017 г.
- ^ Акерман, Эрико Гиззо и Эван (27 февраля 2017 г.). «Boston Dynamics официально представляет своего робота на колесах: «лучшее из обоих миров» » . IEEE Spectrum: Новости технологий, техники и науки . Проверено 7 июня 2017 г.
