Робот, вдохновленный крысой, обещает гибкие инспекционные возможности

Ногоходы очень перспективны для реальных приложений, но их работа в узких пространствах все еще вызывает трудности. Одно решение для повышения адаптивности среды — спроектировать небольшой биомиметический робот, способный выполнять множественные движения и нести полезную нагрузку. В этом случае крысы, живущие в пещерах, привлекли большое внимание благодаря своей беспримерной ловкости и адаптивности. Много усилий было сделано для имитации морфологии или движений крыс.

Недавно команда под руководством проф. Цин Ши из Пекинского института технологий, Китай, разработала нового роботизированного крысу SQuRo (small-size quadruped robotic rat).

Команда проф. Ши разработала роботов, способных воспроизводить их движения или поведение. Через био-инспирированный дизайн они разработали колесного роботизированного крысу, способного на множественные крысиные поведения. Недавно они заменили колеса ногами для дальнейшего повышения ловкости движений. В этом исследовании, опубликованном в IEEE Transactions on Robotics, экспериментальные результаты показали, что ногоход SQuRo способен имитировать движение реальных крыс внутри узких пространств.

Крысы адаптируются к узким пространствам благодаря вытянутому стройному телу и беспримерной ловкости. Для копии ловкости движения команда полностью использовала морфологию и характеристики движения крыс в пещерах. Команда сначала извлекла ключевые суставы движения (KMJ) крыс и завершила конфигурацию степеней свободы (DOF). Конкретно, они спроектировали 2 DOF в каждой конечности для воспроизведения движения конечности, 2 DOF в талии и 2 DOF в голове для репликации гибкого движения позвоночника. Благодаря длинному и гибкому позвоночнику SQuRo может сгибать тело и быстро разворачиваться.

Помимо копирования морфологии крыс, роботизированная крыса также обладает локомоторными характеристиками крыс. К этому концу команда предложила иерархический открытый контроллер для достижения мультимодального движения, похожего на крысье. Контрольный фреймворк состоит из трех слоев: 1) планировщик множественных движений с четырьмя базовыми режимами движения и установлением прямой связи между контрольной переменной и силами реакции опоры (GRF); 2) оптимизация параметров с учетом стабильности и пределов актуации; 3) генерация траектории каждого сустава. Контрольный фреймворк делает возможными ловкие движения и быстрые переходы.

Благодаря биомиметической гибкой структуре и мультимодальному контролеру движения, SQuRo может выполнять различные движения: приседание-вставание, ходьба, ползание, поворот, и восстанавливаться после падения, контролируя конечности и шейные части для корректировки центра масс (CoM). Более того, через полевые тесты SQuRo успешно прошел через неправильный узкий проход (внутренняя ширина 90 мм), перешел препятствие высотой 30 мм и достиг устойчивой локомоции на склоне с наклоном 15°, демонстрируя потенциал для инспекционных задач внутри узких пространств.

По сравнению с современными четвероногими роботами похожего масштаба, новый SQuRo имеет более вытянутое, стройное тело и меньший вес. Минимальный радиус поворота 0,48 длины тела намного меньше, чем у других роботов. Кроме того, SQuRo может достичь устойчивой локомоции даже перенося груз, равный 91 проценту собственного веса, демонстрируя превосходную грузоподъемность по сравнению с малыми четвероногими роботами. Эти способности позволяют SQuRo ловко проходить узкие пространства и бездорожье и выполнять задачи, такие как детекция или транспортировка в релевантных сценариях.

Для получения информации свяжитесь с Руоси Тянь, IEEE Transactions on Robotics, по email (защищен от спам-ботов, нужен JS).