Американские инженеры разработали робота, колеса которого одновременно работают как маховики. Это позволяет ему поворачиваться во время полета и выравнивать свое положение перед приземлением. Разработка будет представлена на конференции IROS 2020, статья доступна на arXiv.org.
Роботов часто предлагают применять во время чрезвычайных ситуаций или военных операций. При обоих задачах у специалистов может не быть времени на развертывание робота на месте, а в некоторых случаях его необходимо бросать, к примеру, в окно при обследовании здания, в котором скрываются вооруженные преступники. Но при падении робот может приземлиться вверх ногами. Как правило, инженеры решают эту проблему тем, что создают либо двухстороннюю конструкцию с колесами или гусеницами, которые со всех сторон выходят за пределы корпуса, или, что бывает реже, снабжают их механизмом для переворота после неудачного приземления.
Дэниел Гонзалес (Daniel Gonzalez) со своими коллегами из Военной академии США предложили новое решение — робота, который в полете управляет углом наклона, чтобы приземлиться в правильном положении. У робота AGRO (Agile Ground RObot) есть четыре независимых мотор-колеса и каждое из них может поворачиваться относительно рамы. В задней части корпуса у него есть ручка, чтобы его было удобнее бросать.
После того как робот определил по показаниям акселерометра, что его бросили и отпустили, он поворачивает все колеса на 45 градусов. Затем алгоритм рассчитывает необходимые коррекции по всем трем осям. При коррекции алгоритм рассматривает колеса, расположенные по диагонали, как пары, и управляет их движением синхронно. Синхронное вращение каждой пары колес создает на каждой воображаемой оси, соединяющей эти колеса, крутящий момент, который заставляет корпус вращаться в противоположную сторону. Так робот может управлять креном и тангажом. А для управления рысканием он меняет соотношение вращения пар или вращая колеса одной пары в противоположных направлениях.
Разработчики провели эксперимент, во время которого робота закрепляли на высоте 85 сантиметров с углами крена и тангажа равными 16 и −23 градуса соответственно. После этого его отпускали, а алгоритм стабилизации был включен или выключен. При включенном алгоритме робот за 402 миллисекунды падения успел выправить углы до −1,57 и −0,48 и при контакте корпус подвергся ускорению в 4g. При выключенном алгоритме положение робота не менялось, а ускорение составило 5g.
Помимо способности стабилизировать себя в полете одно из преимуществ его конструкции перед обычными колесными роботами заключается в том, что он может поворачивать все четыре колеса и таким образом имеет почти нулевой радиус поворота. Для движения во все стороны есть и другие механизмы, такие как колеса Илона и шаровой привод.
Григорий Копиев