Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гексапод робот

Роботы с ногами - это тип мобильных роботов , которые используют сочлененные конечности, такие как механизмы ног , для обеспечения передвижения . Они более универсальны, чем колесные роботы, и могут преодолевать самые разные местности, хотя эти преимущества требуют повышенной сложности и энергопотребления. Роботы с ногами часто имитируют животных на ногах, таких как люди или насекомые, в качестве примера биомимикрии . [1] [2]

Схема походки и поддержки [ править ]

Роботы с ножками, или шагающие машины , предназначены для передвижения по пересеченной местности и требуют управления приводами ног для поддержания баланса, датчиков для определения положения стопы и алгоритмов планирования для определения направления и скорости движения. [3] [4] Периодический контакт ног робота с землей называется походкой ходунка.

Чтобы поддерживать движение, центр тяжести пешехода должен поддерживаться статически или динамически. Статическая поддержка обеспечивается за счет обеспечения центр тяжести находится в пределах шаблона поддержки , образованной ноги в контакте с землей. Динамическая поддержка обеспечивается за счет сохранения траектории центра тяжести, расположенной таким образом, чтобы его можно было перемещать силами одной или нескольких опор. [5]

Типы [ править ]

Роботов с ногами можно разделить на категории по количеству используемых ими конечностей, определяющих доступные походки . Многоногие роботы, как правило, более устойчивы, а меньшее количество ног обеспечивает большую маневренность.

Одноногий [ править ]

Одноногие роботы или роботы- пого-палки используют для навигации прыжковые движения. В 1980-х годах Университет Карнеги-Меллона разработал одноногого робота для изучения баланса. [6] SALTO Беркли - еще один пример. [7] [8] [9] [10]

Двуногие [ править ]

Основные статьи: Гуманоидный робот и Куриный ходок
ASIMO - двуногий робот

Двуногие или двуногие роботы демонстрируют двуногие движения . Таким образом, они сталкиваются с двумя основными проблемами:

  1. контроль устойчивости , который относится к равновесию робота, и
  2. управление движением , которое относится к способности робота двигаться.

Контроль устойчивости особенно сложен для двуногих систем, которые должны сохранять равновесие в направлении вперед-назад даже в состоянии покоя. [1] Некоторые роботы, особенно игрушки, решают эту проблему с помощью больших ножек, которые обеспечивают большую устойчивость при уменьшении мобильности. В качестве альтернативы более продвинутые системы используют датчики, такие как акселерометры или гироскопы, для обеспечения динамической обратной связи, которая приближается к равновесию человека. [1] Такие датчики также используются для управления движением и ходьбы. Сложность этих задач поддается машинному обучению . [2]

Простое двуногое движение можно представить как катящийся многоугольник, длина каждой стороны которого соответствует длине одного шага. По мере того, как длина шага становится короче, количество сторон увеличивается, и движение приближается к круговому. Это связывает двуногое движение с движением на колесах как ограничение длины шага. [2]

К двуногим роботам относятся:

  • Атлас Boston Dynamics
  • Игрушечные роботы, такие как QRIO и ASIMO .
  • Робот НАСА Valkyrie, предназначенный для помощи людям на Марсе. [11]
  • Робот TOPIO, играющий в пинг-понг .

Четвероногие [ править ]

Четвероногий робот BigDog разрабатывался как мул, способный преодолевать труднопроходимую местность.

Четвероногие или четвероногие роботы демонстрируют четвероногие движения . Они выигрывают от большей стабильности по сравнению с двуногими роботами, особенно во время движения. На малых скоростях четвероногий робот может перемещать только одну ногу за раз, обеспечивая устойчивость штатива. Четвероногие роботы также имеют более низкий центр тяжести, чем двуногие системы. [1]

К четвероногим роботам относятся:

  • Серия TITAN, разрабатываемая с 1980-х годов лабораторией Хиросе-Йонеда. [1]
  • Динамически стабильный BigDog , разработанный в 2005 году Boston Dynamics, Лабораторией реактивного движения НАСА и полевой станцией Гарвардского университета Конкорд. [12]
  • Преемник BigDog, LS3 .
  • Новый мини-робот Cheetah с переворачиванием спины из Массачусетского технологического института

Шестиногий [ править ]

Шестиногие роботы, или гексаподы , мотивированы стремлением к еще большей стабильности, чем двуногие или четвероногие роботы. Их окончательный дизайн часто имитирует механику насекомых, и их походки можно классифицировать аналогичным образом. К ним относятся:

  • Волновая походка: самая медленная походка, при которой пары ног движутся «волной» от спины к передней.
  • Походка штатива: немного более быстрый шаг, при котором движутся сразу три ноги. Остальные три ножки обеспечивают роботу устойчивую треногу. [1]

К шестиногим роботам относятся:

  • Odex, 375-фунтовый гексапод, разработанный Odetics в 1980-х годах. Odex отличилась своими бортовыми компьютерами, которые контролировали каждую ногу. [6]
  • Чингиз, один из первых автономных шестиногих роботов, был разработан в Массачусетском технологическом институте Родни Бруксом в 1980-х годах. [1] [13]
  • Современная серия игрушек Hexbug .

Восьминогий [ править ]

Восьминогие роботы вдохновлены пауками и другими паукообразными, а также некоторыми подводными ходоками. На сегодняшний день они обеспечивают наибольшую стабильность, что позволило добиться некоторых первых успехов с роботами на ногах. [1]

Восьминогие роботы включают:

  • Данте - проект Университета Карнеги-Меллона, посвященный исследованию горы Эребус . [1]
  • T8X, коммерчески доступный робот, созданный для имитации внешнего вида и движений паука. [14]

Гибриды [ править ]

Некоторые роботы используют комбинацию ног и колес. Это обеспечивает машине скорость и энергоэффективность передвижения на колесах, а также мобильность навигации на ножках. Ручка Boston Dynamics , двуногий робот с колесами на обеих ногах, является одним из примеров. [15]

См. Также [ править ]

  • Механизм ноги
  • Boston Dynamics
  • Гуманоидный робот
  • Кланн связь
  • Связь Янсена
  • Передвижение робота
  • Уокер
  • Меха
  • Whegs

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h я Бекей, Джордж А. (2005). Автономные роботы: от биологического вдохновения до внедрения и управления . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 978-0-262-02578-2.
  2. ^ a b c Ван, Линфэн .; Tan, KC; Чу, Чи Мэн. (2006). Эволюционная робототехника: от алгоритмов к реализациям . Хакенсак, штат Нью-Джерси: World Scientific Pub. ISBN 978-981-256-870-0.
  3. ^ Сонг С.М. и К.Дж. Уолдрон, Машины, которые ходят: Автомобиль с адаптивной подвеской , MIT Press, 327 стр.
  4. ^ Дж. Майкл Маккарти (март 2019). Кинематический синтез механизмов: проектный подход . MDA Press.
  5. ^ MH Raibert, Legged Роботы Это баланс . Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 1986.
  6. ^ a b Бриттон, Питер (сентябрь 1984 г.). «Разработка нового поколения шагающих машин». Популярная наука . 225 (3). С. 67–69.
  7. ^ Израиль, Бретт (2016-12-06). «Робот, прыгающий через стену, самый маневренный в вертикальном положении из когда-либо созданных» . Новости Беркли . Проверено 7 июня 2017 .
  8. ^ Джейсон Фалконер. «Двухчастные прыжки с заиканием могут снизить энергопотребление прыгающего робота» . 2012.
  9. ^ Байрон Спайс. «BowGo! Исследователи робототехники CMU разработали пого-клюшку, которая целится высоко» . 2001 г.
  10. ^ Лив. «Взрывоопасный робот-пого-стик перепрыгивает через 25-футовые препятствия». Архивировано 06 августа 2011 г.на Wayback Machine 2009.
  11. ^ Суббараман, Нидхи. 2013. «Гуманоид Валькирия« Герой »- новейший двуногий робот НАСА». Архивировано 22 марта 2018 года в Wayback Machine NBC News. 11 декабря.
  12. ^ «BigDog - Самый продвинутый робот для пересеченной местности на Земле» . Boston Dynamics. Архивировано из оригинала на 2017-05-18 . Проверено 7 июня 2017 .
  13. ^ Брукс, Р. (1989). Робот, который ходит: новые модели поведения из тщательно разработанной сети. Neural Computing 1 (2): 253-262; перепечатано в R. Brooks, Cambrian Intelligence: The Early History of the New AI (Cambridge, Massachusetts: MIT Press), гл. 2.
  14. ^ Уолш, Майкл (2017-02-11). «Гигантские пауки-роботы скоро будут править всеми нами» . Ботаник . Архивировано из оригинала на 2017-02-15 . Проверено 7 июня 2017 .
  15. ^ Акерман, Erico Guizzo и Evan (2017-02-27). «Boston Dynamics официально представляет своего робота на колесиках:« Лучшее из обоих миров » » . IEEE Spectrum: Новости технологий, техники и науки . Проверено 7 июня 2017 .