Разработан новый метод сохранения равновесия роботов

Для построения программы балансировки двуногого механизма авторы новой системы воспользовались, как ни парадоксально, принципами управления, помогающими роботу хватать предметы на лету.

Интересная работа выполнена в институте роботов и мехатроники (Institute of Robotics and Mechatronics) германского аэрокосмического центра. Здесь создали экспериментального двуногого робота DLR-Biped, основанного на лёгких манипуляторах KUKA LWR.

Робот успешно балансирует на качающейся доске, сохраняет равновесие при боковых ударах (например, пятикилограммового мяча), сообщает IEEE Spectrum.

И делает он это не вполне обычным способом. Дело в том, что DLR-Biped является родственником "Джастина", виртуозно ловящего быстро летящие мячики. Чтобы справляться со своим трюком, «Джастин» должен видеть эти мячи и прогнозировать их траекторию. Но не только это. Поймав массивный и быстрый предмет, робот мгновенно вычисляет динамическое возмущение, которое удар вносит в систему, и рассчитывает компенсирующий момент во всех своих суставах, чтобы нейтрализовать это возмущение и не упасть.

Теперь этот же принцип авторы системы перенесли на кибернетические ноги. Компьютер на лету вычисляет желаемые силы и крутящие моменты в их сочленениях, чтобы восстановить равновесие, когда оно нарушено. Причём в расчётах учитываются силы трения в точках контакта ног с землёй.

DLR-Biped и пример расчёта сил. Немцы подчёркивают, что стопы робота относительно узкие — менее 10 сантиметров. В противовес тем, что обычно придают ходячим машинам. Вес робота составляет 50 кило (фото DLR).

Этот подход отличается от самого распространённого в мире ходячих роботов принципа «точки нулевого момента» (Zero Moment Point). Последний полагается на датчики усилия в стопах машины и контур обратной связи, которые помогают двигателям корректировать положение робота, постоянно приближая его к теоретической точке равновесия.

«Хватательный» алгоритм не нуждается в показаниях сенсоров на подошвах. Сразу после того, как к роботу была приложена внешняя сила (хотя бы рукой экспериментатора), машина находит оптимальное соотношение опорных усилий и по цепочке – усилия и перемещения во всех узлах, помогающие противостоять новой нагрузке.

В этом плане машина похожа на человека, который инстинктивно напрягает мышцы при внезапном толчке в бок или в спину.

Последние результаты опытов со своей машиной немцы представили на конференции по гуманоидным роботам Humanoids 2011, прошедшей в конце октября в Словении. В дальнейшем авторы системы надеются расширить алгоритм реакции на возмущающие действия так, чтобы робот смог ещё и свободно ходить.