"Этот эксперимент был грандиозным", - сказал Закари Манчестер, доцент RI и руководитель лаборатории роботизированных исследований. "Я не думаю, что кто-либо когда-либо раньше успешно выполнял ходьбу на бревне с роботом".

Используя аппаратное обеспечение, часто используемое для управления спутниками в космосе, Манчестер и его команда компенсировали существующие ограничения в конструкции четвероногого, чтобы улучшить его балансировочные возможности.

Стандартные элементы большинства современных четвероногих роботов включают туловище и четыре ноги, каждая из которых заканчивается закругленной ступней, что позволяет роботу передвигаться по основным плоским поверхностям и даже подниматься по лестнице. Их конструкция напоминает четвероногое животное, но в отличие от гепардов, которые могут использовать свои хвосты для управления крутыми поворотами, или падающих кошек, которые регулируют свою ориентацию в воздухе с помощью своих гибких шипов, четвероногие роботы не обладают такой инстинктивной ловкостью. Пока три ноги робота остаются в контакте с землей, он может избежать опрокидывания. Но если на земле находится только одна или две ноги, робот не может легко скорректировать движение и имеет гораздо более высокий риск падения. Это отсутствие равновесия особенно затрудняет ходьбу по пересеченной местности.

"При современных методах управления тело и ноги четвероногого робота разъединены и не разговаривают друг с другом, чтобы координировать свои движения", - сказал Манчестер. "Итак, как мы можем улучшить их баланс?"

В решении команды используется система привода реактивного колеса (RWA), которая крепится к задней части четвероногого робота. С помощью новой технологии управления RWA позволяет роботу балансировать независимо от положения его ног.

RWAS широко используются в аэрокосмической промышленности для управления ориентацией спутников путем изменения углового момента космического аппарата.

"По сути, у вас есть большой маховик с присоединенным двигателем", - сказал Манчестер, который работал над проектом вместе с аспирантом RI Чи-Йеном Ли и аспирантами-механиками Шуо Янгом и Бенджамином Боксором. "Если вы вращаете тяжелый маховик в одну сторону, это заставляет спутник вращаться в другую сторону. Теперь возьми это и надень на тело четвероногого робота."

Команда разработала прототип своего подхода, установив два RWA на коммерческом роботе Unitree A1 - один на оси тангажа, а другой на оси крена - для обеспечения контроля углового момента робота. С RWA не имеет значения, соприкасаются ноги робота с землей или нет, потому что RWA обеспечивают независимое управление ориентацией тела.

Манчестер сказал, что было легко модифицировать существующую систему управления для учета RWAS, потому что аппаратное обеспечение не изменяет распределение массы робота и не имеет ограничений на суставы, таких как хвост или позвоночник. Без необходимости учитывать такие ограничения аппаратное обеспечение может быть смоделировано как гиростат (идеализированная модель космического аппарата) и интегрировано в стандартный алгоритм управления с предсказанием модели.

Команда протестировала свою систему с помощью серии успешных экспериментов, которые продемонстрировали повышенную способность робота восстанавливаться после внезапных ударов. При моделировании они имитировали классическую проблему с падающей кошкой, сбросив робота вверх ногами почти с полуметра, при этом RWAS позволяли роботу переориентироваться в воздухе и приземлиться на ноги. Что касается аппаратного обеспечения, они продемонстрировали способность робота восстанавливаться после сбоев - а также способность системы балансировать - с помощью эксперимента, в котором робот ходил по балансирной балке шириной 6 сантиметров.

Манчестер прогнозирует, что четвероногие роботы вскоре превратятся из преимущественно исследовательских платформ в лабораториях в широко доступные продукты коммерческого использования, аналогичные тому, какими были дроны около 10 лет назад. А благодаря продолжающейся работе над улучшением стабилизирующих возможностей четвероногого робота, чтобы он соответствовал инстинктам четвероногих животных, вдохновивших их на создание, в будущем их можно было бы использовать в сценариях с высокими ставками, таких как поисково-спасательные операции.

"Четвероногие - следующая крупная разработка роботов", - сказал Манчестер. "Я думаю, в ближайшие несколько лет вы увидите гораздо больше их в дикой природе".

Видео: https://youtu.be/tH3oP2s3NOQ