Чотириногий робот HyQ вчиться долати перешкоди і переміщатися по складній місцевості
У минулому році ми вже розповідали про чотириногого роботі HyQ, створеному фахівцями Італійського технологічного інституту (Istituto Italiano di Tecnologia, IIT). Цей робот, призначений для виконання дій на складній пересіченій місцевості, може ходити і бігати, стрибати і навіть штовхати різні об'єкти, що зустрічаються йому на шляху. В конструкції робота використовуються гідравлічні приводи, які дозволяють йому переміщатися спритно і швидко, достатньою мірою наслідуючи живій істоті. А нещодавно робот HyQ придбав ще кілька нових умінь, найважливішим з яких є вміння утримати рівновагу і не падати при зіткненнях з перешкодами.
Падіння є досить великою проблемою для роботів, які пересуваються на двох або чотирьох кінцівках. На відміну від тварин і більшості людей, деякі роботи не вміють правильно падати, контролюючи свого механічного руху тіла. У результаті елементи конструкції не можуть поглинути всю енергію від ударів, що призводить до поломок деталей і дорогого ремонту. Саме тому роботи, розроблені для роботи в реальному світі, повинні вміти уникати падіння будь-яку ціну, що досить непогано виходить у відомих роботів BigDog і LS3 компанії Boston Dynamics. Системи камер, датчиків і оптичних лазерних сканерів LIDAR допомагають роботам виявляти і уникати перешкод, але не у всіх ситуаціях робот може покладатися на світло комп'ютерне зір, наприклад, при русі в густій рослинності і при сильному задимленні навколишнього простору.
Для того, щоб успішно долати перешкоди, дослідники навчили робота HyQ рефлексивно реагувати в момент зіткнення кінцівок робота з цими перешкодами. Ця реакція повинна бути досить швидкою, особливо якщо врахувати, що робот може в цей час бігти зі швидкістю 2 метри в секунду. Реалізацією цієї реакції став розроблений фахівцями IIT алгоритм "відбитого руху", який дозволяє роботу переступати через перешкоди при русі по незнайомій місцевості.
"Відображення руху кроку є ключовим моментом для переміщень робота в складній навколишнього середовища" - розповідає Клаудіо Семини (Claudio Semini), керівник Лабораторії динамічних систем IIT, - "Зворотні рухи кінцівок робота настільки швидкі, що їх можна побачити тільки при сповільненому відтворенні зйомки моменту зіткнення кінцівки з перешкодою".
Реалізація зворотного відбитого руху вкрай проста. З допомогою спеціальних датчиків система управління робота HyQ вимірює зовнішні сили, що впливають на ноги робота, і в разі виявлення такого впливу видає команду на виконання відбитого руху. Однак, насправді, в цьому з першого погляду, простому дії є безліч тонкощів. Коли нога робота стикається з перешкодою в момент її підйому і руху вперед, у робота є ще достатньо часу для того, щоб підняти ногу і переступити через перешкоду. Але, коли нога робота йде вниз і вперед, всьому роботу вже пізно зупинятися або робити спробу зміни траєкторії руху. В даному випадку це не являє собою великої проблеми, гідравлічні ноги робота HyQ дуже слухняні і міцні для того, щоб поглинути без поломок енергію зіткнення в той час, як інші його кінцівки приймають на себе вагу робота і починають намагатися утримати рівновагу. Завдяки всьому цьому поки робот може вільно долати перешкоди, заввишки 11 сантиметрів (14 відсотків від довжини його ніг).
В даний час дослідники з IIT працюють над вдосконаленням системи комп'ютерного зору робота HyQ і над розробкою алгоритмів нових, більш динамічних видів рухів для швидких і повільних переміщень. Крім цього, дослідники проводять роботи по створенню принципів рухів різних елементів і частин, завдяки яким, у разі падіння, збиток конструкції робота буде максимально мінімізована. Все це, за попередніми оцінками, займе кілька місяців, після чого робота "випустять" для випробувань на один із складних ділянок лісистій місцевості в швейцарських Альпах.