Вентиляторы подняли человекоподобного робота в воздух

Вентиляторы расположенные на ступнях и на пояснице, подняли 17-килограммового робота Jet-HR2 на высоту до метра. Пока это несколько похоже на прыжок, но очень выверенный: ученые позаботились о системе контроля, которая помогает Jet-HR2 держать равновесие. Статья готовится к публикации в IEEE Robotics and Automation Letters, а препринт статьи доступен на сервисе arXiv. Даже самые совершенные роботы, которые уверенно чувствуют себя на земле и твердо стоят на ногах, не застрахованы от падений. И зачастую проблема лежит в том, чтобы перенести робота из лабораторий в реальный мир, где поверхность бывает не просто неудобной для ходьбы, но и опасной. А поскольку роботы нам нужны, чтобы заменить в неприятных и опасных заданиях, то стоило бы как-то найти для них способы их выполнять и выпустить из экспериментальных площадок. Самыми популярными на роль исполнителей сложных задач, например, спасательных операций, является человекоподобные роботы, ведь для них не нужно придумывать еще и новых способов достижения цели — можно просто посмотреть, как это делают люди. Традиционно препятствия они преодолевают просто переступая или передвигаясь ползком, что лучше падения. Однако на самом деле это технологический ужас, потому что для сложных задач, требующих быстрой реакции, заставить робота быстро сориентироваться на своих четырех конечностях и тем более предположить, что все препятствия будут возможно преодолены, очень сложно.

Поэтому ученым пришлось учить своих гуманоидов «воздушным навыкам», в частности подпрыгиванию. Для этого достаточно уменьшить вес робота, оптимизировать конечности и предусмотреть хорошую амортизацию. Роботы уже даже научились прыгать немного выше своей головы, но даже обычный человекоподобный робот ATLAS от Boston Dynamics не смог перепрыгнуть свои полтора метра роста и вряд ли сможет повторить трюк на мягкой, скалистой или склонной к разрушению поверхности. Тем более, что в реальной среде очень сложно предусмотреть для робота безопасное приземление. Поэтому в новой работе инженеры Гуандунского технологического института, в Китае, сошлись во мнении, что лучшим способом обойти эти ограничения — перелететь их. Так если у робота появится возможность с небольшими энергозатратами пролететь над неудобной местностью, сохраняя при этом равновесие, а затем безопасно приземлиться, то можно значительно сэкономить на инженерных усилиях по конструкции тех же ног или защиты робота.

Разработанный учеными Jet-HR2 более целостный родственник предыдущего прототипа Jet-HR1, который имел всего две ноги, которые переносил с помощью таких же вентиляторов над пропастью. Jet-HR2 пока не имеет ни головы, ни рук, но получил два дополнительных вентилятора к пояснице. В целом идее полета на вентиляторах не нова и, например, драконоподобний воздушный робот, может трансформироваться и подниматься на высоту в восемь раз больше его рост.

Конструкция робота требует компромиссов с точки зрения распределения массы между исполнительными механизмами и силовыми установками. Роботу необходимо убедиться, что суставы имеют достаточную мощность для выполнения таких задач, как ходьба, а движущие механизмы могут отвечать требованиям коротких расстояний полета и не накладывают чрезмерных нагрузок при ходьбе. Роботам, которые соответствуют этим требованиям, трудно достичь соотношения тяги к массе более 2 или 4, как в случае с обычными квадрокоптер. Jet-HR2 имеет десять шарниров в ногах для передвижения по земле, а также четыре канальных вентилятора, два из которых установлены на поясе и два внутри степени и приводятся в действие движениями лодыжки. Чтобы уменьшить инерцию ног, коленные шарниры Jet-HR2 разместили к тазобедренному суставу, чтобы максимально разместить центр тяжести в верхней части робота. Так во время полета направление тяги активно контролируется регулировкой положения ног. Каждый вентилятор может создавать тягу в пять килограммов, что в сумме составляет 20 — достаточно для подъема 17-килограммового робота в воздух. Поскольку соотношение тяги к весу небольшое, система управления эффективно распределяет ее и нивелирует прыжки и вращения, которые приведут к падению.

Ученые провели несколько летных экспериментов, чтобы проверить, может ли двигательная установка разрешить роботу взлететь, и удастся ли обезопасить его от падения. Чтобы не полагаться на удачу, робота наделили еще рамой из двух углеродных трубок, за которые его должны были ловить. Во всех испытаниях вентиляторы дали роботу возможность взлететь.

Перевод материала nauka.ua