Дослідники з Квінслендського технологічного університету привчили свого шестиногого робота промацувати поверхню перед тим як ступати на неї. Він обережно ступає однією ногою перед собою, аналізує крок та лише після продовжує рух і, наприклад, обходить ненадійне місце. Стаття про те, як убезпечити робота від падіння, доступна у репозиторії університету, а також брала участь у конференції ICRA.
Robotics and Autonomous Systems Group CSIRO Data61 / YouTube
Чому робот не може просто подивитися навколо?
Роботам, які пересуваються на кількох кінцівках і так доводиться вчитися тримати рівновагу та підлаштовуватися під різні текстури від асфальту до піску та ґрунту. Для них розробляються різні системи навігації, адаптації під середовища та способи розпізнавати, що на них чекає попереду. Однак ці підходи не працюють, коли вибір надійної опори невеликий і розкиданий. Неможливо здогадатися, чи витримає конкретна ділянка вагу робота, чи не ховається під снігом велика яма, або чи не приховується під листям калюжа. У деяких випадках навіть зір не допоможе — слабке освітлення, пил і дим, можуть обмежувати видимість, тим самим посилюючи труднощі.
А якщо робот вже знаходиться на складній поверхні, може бути занадто пізно реагувати вчасно. Тож для непередбачуваної місцевості з невизначеною жорсткістю бажано протестувати її попередньо і зробити відповідні прогнози перед тим, як ступити на неї. У природі, коли зір не дає змогу оцінити ризики, тварини схильні використовувати інші почуття, наприклад дотик, для сприйняття навколишнього середовища. Подібно до того, як тварини використовують свої кінцівки для дослідження навколишнього середовища, багатоногі роботи також могли б використовувати свої і робити прогнози про взаємодію з місцевістю, не наступаючи на неї повністю і таким чином не піддаючи себе зайвій небезпеці. Тому інженери розробили для свого гексапода стратегію ходьби «слідуй за лідером» з відповідною послідовністю ходи і стійкою для ефективного зондування місцевості.
Як відчути небезпеку на дотик?
Перевірка місцини на надійність має гарантувати роботу безпеку і ефективне пересування, а тому потрібно враховувати шляхи відступу в разі невдалого вибраного кроку, а також обмеження робочого простору ніг, положення яких може перешкоджати досягненню цільової пози. Гексаподи — роботи з шістьма ногами — підходять для стратегії акуратної ходьби оскільки мають більшу стійкість і використовують трипедальну ходу, коли одночасно переставляються дві ноги з одного боку тулуба і одна нога з іншого. За задумом інженерів, робот оцінює поверхню двома передніми ногами, в той час як середні і задні просто наступають на частини, вже перевірені передніми. Підхід передбачає нормальну силу на кінчиках стоп, їхнє положення і відповідні точки опори для зондування. Бажані положення і орієнтація кінчиків ніг та положення центру мас робота — це вихідні дані, що відправляються системою роботу. Махова нога, яку роботу потрібно перемістити, обирається з заданої послідовності ходи. Але якщо вона є однією з передніх, то виконується досліджуючий крок. Це гарантує, що робот почине йти зі стабільного положення. Ділянку робот досліджує, натискаючи на неї своєю передньою ногою. Якщо вона зруйнується, то інформація про це надійде до системи і алгоритм почне шукати альтернативний крок, а робот повернеться у початкове положення.
Як робот пройшовся небезпечним місцем?
Для успішного проходження смугою перешкод, робот повинен виявляти всі можливі небезпечні зони, щоб уникнути падіння, перевищення обмежень сили на опорні ніжки, перевищення обмежень робочого простору або перенапруги двигунів. Щоб перевірити можливості гексапода, вчені створили платформу з дерев'яних панелей шириною дев'ять сантиметрів розміром 150 на 100 сантиметрів. Вони мали три небезпечні ділянки з листів пінополістиролу товщиною у сантиметр. Їх випадковим чином розмістили платформою та пустили нею робота. За п'ять з п'яти обходів місцевості робот зміг зупинитися на краю платформи і не провалитися. Причому одного разу він таки пройшов небезпечною частиною, але не обвалився, з чого вчені зробили висновки про те, що роботу вдалося розрізнити безпечні і небезпечні точки опори для ніг.
Robotics and Autonomous Systems Group CSIRO Data61 / YouTube