Ночной робот с повышенной адаптируемостью к местности

Мобильные роботы могут помогать людям в выполнении задач по исследованию и спасению в опасных условиях и обладают широкими перспективами применения в таких областях, как горный транспорт, пожаротушение и спасательные операции, геологическая разведка и военные действия. Мобильные роботы в основном классифицируются на колесные роботы, гусеничные роботы и биомиметические роботы на ногах.

Среди них роботы на ногах обладают лучшей адаптацией к местности и стабильностью движения по сравнению с другими типами; они могут перемещаться на высоких скоростях по ровной поверхности, а также адаптироваться к сложным видам местности, таким как холмы, луга и неровные песчаные поверхности.

Бионические роботы на ногах делятся на двуногие, четырехногие, шестиногие и другие многоногие роботы. В отличие от двуногих роботов, которые балансируют на одной ноге во время ходьбы, четырехногие бионические роботы имеют как минимум две точки соприкосновения с землей, достигая почти полного баланса, когда все четыре ноги находятся на земле. Таким образом, четырехногие и шестиногие роботы обладают лучшей способностью к балансировке на сложных местностях. Благодаря лучшей стабильности и грузоподъемности, многоногие роботы, вероятно, будут интегрированы в нашу жизнь раньше.

Исследование и разработка биомиметических многоногих роботов представляют собой комплексный и широко применимый научный проект, включающий анализ биомиметики животных, кинематики, динамики, механического проектирования роботов, планирования походки, симуляции движения и контроля в рамках нескольких дисциплин. Изучая строение тела и функциональные механизмы четвероногих организмов и используя теории кинематики и динамики, можно определить приводные механизмы и механические структуры биомиметических четвероногих роботов. На основе процесса движения четвероногих животных можно периодически планировать походку биомиметических четвероногих роботов. Сигналы, получаемые различными датчиками, обрабатываются системой управления, которая затем обеспечивает обратную связь для сервомоторов в суставах биомиметического четвероногого робота, поддерживая стабильность во время ходьбы. Планирование походки и контроль являются ключевыми элементами в процессе проектирования биомиметического четвероногого робота и предпосылками для практического использования многоногих роботов.

Для повышения эффективности и внедорожных возможностей механической ходьбы разработчики используют методы корреляционного анализа, основанные на животных, таких как козы и гепарды, обладающих выдающейся стабильностью и способностью перемещения в неструктурированных средах. Они анализируют координацию между суставами животных и применяют их механизмы движения и поведенческие паттерны к изучению ходьбы роботов на ногах. Технология захвата движения используется для фиксации отражающих маркеров на ключевых точках тел животных во время движения, что позволяет получить трехмерные пространственные координаты маркеров. После обработки получают различные параметры движений конечностей животных, включая частоту шагов, длину шага, скорость ходьбы, длину шага, ширину шага, фазу опоры, фазу маха, углы суставов и угловые скорости. Эти параметры используются для изучения кинематических характеристик движения животных, таких как временные паттерны различных походок и изменения в суставном смещении и угловом движении суставов.

Кроме того, используя 3D систему захвата движения в сочетании с собственной сенсорной информацией робота, можно в реальном времени получать динамические параметры робота для анализа и планирования походки. Запланированная походка затем передается в систему управления роботом, которая контролирует сервомоторы для управления движением робота и корректирует его позицию в реальном времени. Используя оптическую 3D систему захвата движения NOKOV, можно зафиксировать абсолютные позиции ключевых точек на теле робота в мировой системе координат. С помощью SDK системы захвата движения для реального времени трансляции обеспечивается обратная связь, необходимая роботу для анализа и обработки. Система также может извлекать информацию о координатах маркерных точек в офлайн-режиме, получая позицию и позу робота, а также проверяя надежность робота и алгоритмов управления.

Исследователи как внутри страны, так и за рубежом все чаще занимаются разработкой роботов с множественными ногами. Среди них продукты с более высоким уровнем зрелости представляют роботы с множественными ногами от компании Boston Dynamics. Робот Little Dog, разработанный Boston Dynamics, является типичным представителем четвероногих роботов. Каждая нога робота Little Dog содержит 3 степени свободы, при этом движение суставов обеспечивается сервомоторами. Для сосредоточения исследований на контроле походки и улучшения способности робота преодолевать сложный рельеф, исследователи используют собственное оборудование робота для идентификации особенностей окружающей его 3D среды и создания карты окружающей среды. Также они установили систему захвата движения, состоящую из нескольких камер, чтобы определить абсолютное положение и ориентацию робота в мировой системе координат с использованием маркеров, размещенных на роботе.

Реализация экспериментальной системы кластера интеллектуальных агентов требует одновременной локализации нескольких агентов в помещении, и из-за ограниченности внутреннего пространства предъявляются высокие требования к точности локализации.

Проект шестиногого робота Шанхайского университета Цзяо Тонг

Инженеры NOKOV в помещении размером 9 на 6 метров установили 8 камер захвата движения Mars 2H с частотой дискретизации 60 Гц для захвата отражающих маркеров на "туловище" и "конечностях" робота, получая трехмерные координаты каждой метки для определения взаимного расположения и сбора динамических данных кинематики. После завершения захвата движений, используя программное обеспечение Seeker, проводят трехмерную реконструкцию захваченных данных. С помощью SDK, встроенного в систему захвата движений, данные транслируются в реальном времени, что позволяет команде роботов проводить мгновенный анализ и обратную связь, подтверждая положение каждой ноги шестиногого робота, осуществляя калибровку и координацию движений между ногами.

Проект бионического четвероногого робота Шаньдунского университета

На полигоне базы подготовки к чрезвычайным ситуациям при землетрясениях инженеры NOKOV установили 12 камер NOKOV Mars 2H на штативах на открытой территории размером 14 метров в длину и 8 метров в ширину. Отражающие маркеры были прикреплены к суставам "туловища" и "конечностей" биомиметического робота. Движение робота фиксировалось с частотой дискретизации 60 Гц, а пространственные координаты каждого сустава экспортировались с точностью до долей миллиметра. Затем пользователи импортировали эти данные в специализированные инструменты анализа для подтверждения позы робота и разработки планов улучшения походки.