Ногоногий робот
Тип мобильного робота
Четвероногий 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 пересекать множество различных ландшафтов, хотя эти преимущества требуют повышенной сложности и потребления энергии. Роботы с ногами часто имитируют животных с ногами, таких как люди или насекомые, в качестве примера биомимикрии . [1] [2]

Походка и опора

Ноги-роботы, или шагающие машины , предназначены для передвижения по пересеченной местности и требуют управления приводами ног для поддержания равновесия, датчиков для определения положения стоп и алгоритмов планирования для определения направления и скорости движения. [3] [4] Периодический контакт ног робота с землей называется походкой шагающего.

Для поддержания локомоции центр тяжести ходока должен поддерживаться либо статически, либо динамически. Статическая поддержка обеспечивается путем обеспечения того, чтобы центр тяжести находился в пределах опорной схемы, образованной ногами, соприкасающимися с землей. Динамическая поддержка обеспечивается путем поддержания траектории центра тяжести, расположенной таким образом, чтобы он мог быть перемещен силами одной или нескольких его ног. [5]

Типы

Роботы с ногами могут быть классифицированы по количеству используемых ими конечностей, что определяет доступные походки . Многоногие роботы, как правило, более устойчивы, в то время как меньшее количество ног обеспечивает большую маневренность.

Одноногий

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

Двуногий

ASIMO — двуногий робот

Двуногие или двуногие роботы демонстрируют двуногое движение . 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 поддерживать равновесие в направлении вперед-назад даже в состоянии покоя. [1] Некоторые роботы, особенно игрушки, решают эту проблему с помощью больших ступней, которые обеспечивают большую устойчивость, но при этом снижают подвижность. В качестве альтернативы более продвинутые системы используют датчики, такие как акселерометры или гироскопы, для обеспечения динамической обратной связи способом, который приближается к равновесию человека. [1] Такие датчики также используются для управления движением и ходьбой. 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, количество сторон увеличивается, и движение приближается к круговому. Это связывает двуногое движение с колесным движением как предел длины шага. [2]

К двуногим роботам относятся:

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

Четвероногий

Четвероногий робот «BigDog» разрабатывался как мул, способный передвигаться по труднопроходимой местности.

Четвероногие или четвероногие роботы демонстрируют четвероногое движение . Они выигрывают от повышенной устойчивости по сравнению с двуногими роботами, особенно во время движения. На низких скоростях четвероногий робот может двигать только одной ногой за раз, обеспечивая устойчивый штатив. Четвероногие роботы также выигрывают от более низкого центра тяжести, чем двуногие системы. [1]

К четвероногим роботам относятся:

  • Серия TITAN, разрабатываемая с 1980-х годов лабораторией Хиросэ-Ёнеда. [1]
  • Динамически устойчивый BigDog , разработанный в 2005 году Boston Dynamics, Лабораторией реактивного движения NASA и полевой станцией Гарвардского университета Concord. [12]
  • Преемник BigDog — LS3 .
  • Спот от Boston Dynamics
  • ANYmal и ANYmal X ( взрывозащищенная версия) от ANYbotics [13]
  • Новый мини-робот Cheetah от MIT, делающий сальто назад
  • Aliengo [14] от Unitree Robotics
  • Стэнфордский пуппер [15]
  • Роботы Open Dynamic Robot Initiative с 8DOF и 12DOF [16] [17]
  • Botcat-робот с подвижным позвоночником [18] [19]
  • Робот Cheetah-Cub из Лаборатории Биоробототехники [20] [21]
  • Робот Онцилла из Лаборатории биоробототехники (открытый исходный код) [22] [23]
  • Робот Морти из Dynamic Locomotion Group [24] [25]
  • Медоед от MAB Robotics [26]
  • Svan M2 от xTerra Robotics [27]

Шестиногий

Шестиногие роботы, или гексаподы , мотивированы желанием еще большей стабильности, чем двуногие или четвероногие роботы. Их окончательные конструкции часто имитируют механику насекомых, и их походки можно классифицировать аналогично. К ним относятся:

  • Волнообразная походка: самая медленная походка, при которой пары ног движутся «волнообразно» сзади вперед.
  • Походка на триподе: немного более быстрый шаг, при котором три ноги двигаются одновременно. Остальные три ноги обеспечивают роботу устойчивый трипод. [1]

К шестиногим роботам относятся:

  • LAURON — шестиногий робот биологического происхождения , разрабатываемый в Центре информатики FZI в Германии .
  • Odex, 375-фунтовый гексапод, разработанный Odetics в 1980-х годах. Odex отличился своими бортовыми компьютерами, которые управляли каждой ногой. [6]
  • Genghis, 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

Восьминогие роботы с ногами вдохновлены пауками и другими паукообразными, а также некоторыми подводными ходоками. Они предлагают самую большую устойчивость, что позволило достичь некоторых ранних успехов с шагающими роботами. [1]

К восьминогим роботам относятся:

Гибриды

Некоторые роботы используют комбинацию ног и колес. Это дает машине скорость и энергоэффективность колесного передвижения, а также мобильность навигации с помощью ног. Handle от Boston Dynamics , двуногий робот с колесами на обеих ногах, является одним из примеров. [30]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghi Bekey, Джордж А. (2005). Автономные роботы: от биологического вдохновения до внедрения и управления . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 978-0-262-02578-2.
  2. ^ abc Wang, Lingfeng.; Tan, KC; Chew, Chee Meng. (2006). Эволюционная робототехника: от алгоритмов к реализациям . Хакенсак, Нью-Джерси: World Scientific Pub. ISBN 978-981-256-870-0.
  3. ^ SM Song и KJ Waldron, Машины, которые ходят: транспортное средство с адаптивной подвеской , MIT Press, 327 стр.
  4. ^ J. Michael McCarthy (март 2019). Кинематический синтез механизмов: проектный подход. MDA Press.
  5. ^ MH Raibert, Ноги-роботы, которые сохраняют равновесие . Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 1986.
  6. ^ ab Бриттон, Питер (сентябрь 1984 г.). «Инженерия нового поколения шагающих машин». Popular Science . Т. 225, № 3. С.  67–69 .
  7. ^ Израиль, Бретт (2016-12-06). «Робот, прыгающий по стенам, является самым вертким из когда-либо созданных». Berkeley News . Получено 2017-06-07 .
  8. ^ Джейсон Фалконер. «Двухчастные «прерывистые прыжки» могут снизить энергопотребление прыгающего робота». 2012.
  9. ^ Байрон Спайс. «BowGo! Исследователи робототехники CMU разрабатывают пого-стик, который целится высоко». 2001.
  10. ^ Лив. «Взрывной робот-пого-стик перепрыгивает через 25-футовые препятствия». Архивировано 06.08.2011 на Wayback Machine 2009
  11. ^ Суббараман, Нидхи. 2013. «Героическая гуманоидная валькирия — новейший двуногий робот НАСА». Архивировано 22 марта 2018 г. в Wayback Machine NBC News. 11 декабря.
  12. ^ "BigDog - Самый передовой вездеходный робот на Земле". Boston Dynamics. Архивировано из оригинала 2017-05-18 . Получено 2017-06-07 .
  13. ^ "ANYbotics | Автономные шагающие роботы для промышленного контроля". ANYbotics .
  14. ^ Чэнь, Чжункай. "unitree". unitree .
  15. ^ "Pupper — Стэнфордская студенческая робототехника". Стэнфордская студенческая робототехника .
  16. ^ «Инициатива по открытому динамическому роботостроению». open-dynamic-robot-initiative.github.io .
  17. ^ Гриммингер Ф., Медури А., Хадив М., Вирек Дж., Вютрих М., Наво М., Беренц В., Хайм С., Видмайер Ф., Флайолс Т., Файен Дж., Бадри-Шпровиц 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
  18. ^ "Робот Bobcat". Робот Bobcat, Лаборатория биоробототехники EPFL .
  19. ^ Хорамшахи, М., Спревитц, А., Тулеу, А., Ахмадабади, М.Н. и Ийспеерт, А. (2013). Преимущества активного позвоночника с поддержкой прыжков с небольшим податливым четвероногим роботом. Труды Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации 2013 г., 3329--3334. https://doi.org/10.1109/ICRA.2013.6631041
  20. ^ "Cheetah-Cub – послушный четвероногий робот". Cheetah-cub, Лаборатория биоробототехники EPFL .
  21. ^ Spröwitz, A., Tuleu, A., Vespignani, M., Ajallooeian, M., Badri, E., & Ijspeert, A. (2013). На пути к динамическому движению рысью: проектирование, управление и эксперименты с детенышем гепарда, послушным четвероногим роботом. Международный журнал исследований робототехники, 32(8), 932–950. https://doi.org/10.1177/0278364913489205
  22. ^ "Четвероногий робот Онцилла". Робот Онцилла, Лаборатория биоробототехники EPFL .
  23. ^ Спровиц, А.Т., Тулеу, А., Аяллуиан, М., Веспиньяни, М., Мёкель, Р., Эккерт, 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.
  24. ^ "Четвероногий робот Морти". Группа динамического передвижения, Институт интеллектуальных систем Макса Планка .
  25. ^ Рупперт, Ф. и Бадри-Шпревиц, А. (2022). Изучение пластического соответствия динамики робота в центральных генераторах шаблонов замкнутого цикла. Nature Machine Intelligence, 4(7), 652–660. https://doi.org/10.1038/s42256-022-00505-4
  26. ^ MAB Robotics. "Сайт компании MAB Robotics".
  27. ^ xTerra Robotics. "xTerra Robotics Индия".
  28. ^ Брукс, Р. (1989). Робот, который ходит: эмерджентное поведение из тщательно разработанной сети. Neural Computation 1(2): 253-262; перепечатано в R. Brooks, Cambrian Intelligence: The Early History of the New AI (Кембридж, Массачусетс: MIT Press), гл. 2.
  29. ^ Уолш, Майкл (2017-02-11). «Гигантские роботы-пауки скоро будут править нами всеми». Nerdist . Архивировано из оригинала 2017-02-15 . Получено 2017-06-07 .
  30. ^ Акерман, Эрико Гиззо и Эван (27.02.2017). «Boston Dynamics официально представляет своего робота с колесами и ногами: «Лучшее из двух миров»». IEEE Spectrum: Новости технологий, инженерии и науки . Получено 07.06.2017 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Legged_robot&oldid=1237713751"