Робот ходит как человек

Робот DURUS научился ходить, как человек

Разработчики из Технологического института Джорджии усовершенствовали походку робота DURUS. Андроид научился мягко переступать с носка на пятку. Теперь он может двигаться более плавно и даже носить кроссовки, пишет Engadget. Технология позволит усовершенствовать не только роботов, но и роботизированные протезы и экзоскелеты, которые приобретают все более широкую популярность.

Читайте «Хайтек» в

Еще неделю назад DURUS, как и большинство роботов, обладал плоской стопой и недостаточно естественной походкой. Теперь робот ходит почти как человек. Для этого разработчики из лаборатории AMBER (Лаборатория передовой механической двуногой экспериментальной робототехники) при Технологическом университете Джорджии избавили робота от плоскостопия и создали новые ступни с подъемом. Ученые также усовершенствовали алгоритм работы DURUS и смогли добиться реалистичной походки. Чтобы подчеркнуть это достижение, робота обули в обычные кроссовки.

Стопы и щиколотки робота соединяют специальные рессоры — у человека эту функцию выполняют связки и сухожилия. Рессоры позволяют сохранять механическую энергию при наступании на пятку и использовать ее при подъеме носка.

«Наш робот может пройти больше, а его шаги будут быстрее, чем шаги плоскостопных роботов. Секрет заключается в имитации человеческой походки», — отметил руководитель лаборатории AMBER Аарон Эймс. Он также подчеркнул, что эксперименты с походкой приближают робота к главной цели — возможности свободно перемещаться на открытых пространствах.

Источник

10 роботов-гуманоидов, созданных по подобию человеческих способностей и эмоций

В конце прошлого года предполагалось, что развитие роботов-гуманоидов совершит резкий скачок от простого наследования поведения человека к роботам, которые смогут ходить, как люди, и обладать самосознанием, высокотехнологичным компьютерным анализом, а также эмоциями.

Предсказывают, что роботы смогут полностью заменить людей к 2045 году. Искусственный интеллект в настоящее время продвигается к точке, когда может быть изобретен новый тип мозга для роботов, что позволит им выполнять все более квалифицированные задачи, намекая на следующий этап эволюции машин.

Данный список роботов, разработанных на протяжении последних нескольких лет, демонстрирует, что описанное выше может стать реальностью даже раньше, чем мы думаем.

1. Atlas Unplugged

Последняя версия Atlas немного выше и тяжелее, чем предыдущая, ее высота составляет 1,88 м, а вес – 156,4 кг. По словам его создателей, 75% гуманоида обновлено — только нижняя часть его ног и стопы остались без изменений.

Робот Atlas был разработан компанией Boston Dynamics, принадлежащей Google, совместно с Управлением перспективных исследований и разработок Министерства обороны США. Atlas предназначен для перемещения по неровной открытой местности на двух ногах, он также может подняться с помощью рук и ног, как обычный человек.

Первая версия робота, выпущенная в июле 2013 года, требовала использования электрического и контрольного кабелей для питания и управления роботом. Робот нового поколения получил название «Atlas Unplugged», так как он работает от аккумулятора и его можно контролировать с помощью беспроводной связи. Он был разработан для участия в финале Darpa Robotics Challenge.

2. ASIMO и P-серия от Honda

ASIMO является 11-м в линии шагающих роботов Р-серии, разработанных Honda. Представленный в 2000 году, ASIMO может ходить и бегать, как человек, что уже является удивительным. ASIMO был существенно обновлен в 2005 году, что позволило ему бегать в два раза быстрее (6 км/ч), взаимодействовать с людьми и выполнять повседневные задачи, например, держать тарелку и подавать еду. Количество текущих моделей ASIMO составляет 100 штук по всему миру, его высота — 1,28 м, а вес — около 55 кг.

ASIMO выглядит веселым и милым в своем скафандре. Он проложил путь для многих последующих моделей шагающих роботов, но все еще считается передовым и мощным роботом.

ASIMO является большим плюсом для международного брендинга Honda и помогает компании сформировать свой имидж в области инноваций и технологий. ASIMO также снимается в рекламных роликах для Honda и много выступает. Данный робот находится в этом списке из-за своего обаятельного внешнего вида, всемирной известности и передовых технологий разработки.

3. iCub

Внешность гуманоида является воплощенной гипотезой о познании.

iCub был создан RobotCub Consortium, состоящим из нескольких европейских университетов. Его имя частично является сокращением, «CUB» расшифровывается как «Cognitive Universal Body» (универсальное когнитивное тело).

Внешность гуманоида является воплощенной гипотезой о познании. Считается, что манипулирование человекоподобным созданием играет важную роль в развитии человеческого познания. Ребенок учится многим когнитивным навыкам, взаимодействуя с окружающей средой и другими людьми, используя свои конечности и чувства, и следовательно его внутренняя модель мира в значительной степени обусловлена формой человеческого тела.

Робот был создан, чтобы проверить эту гипотезу. В его разработке применялись когнитивные сценарии обучения посредством точного воспроизведения системы восприятия и артикуляции маленького ребенка, чтобы робот мог взаимодействовать с окружающим миром так же, как это делают дети.

4. Poppy

Poppy является одной из новейших разработок в сфере роботов-гуманоидов и первым в своем роде, ведь был создан с помощью 3D-принтера. Группа французских исследователей смогла сократить расходы на треть, используя новейшие 3D-технологии. Создатели Poppy сфокусировались на биологически правильной ходьбе, что, как они надеются, будет способствовать лучшему взаимодействию человека и робота.

У него есть позвоночник на шарнирах с пятью двигателями — почти неслыханное явление среди роботов такого размера. Позвоночник позволяет Poppy не только двигаться более естественно, но и помогает ему балансировать, регулируя его осанку. Дополнительная гибкость помогает при физическом взаимодействии с роботом — например, когда направляешь его своими руками, что в настоящее время необходимо, чтобы помогать роботу ходить. На видео вы можете увидеть невероятно естественную ходьбу робота – с пятки на носок.

5. Romeo

Romeo стремится стать лидером в области роботизированной помощи и личной помощи с более существенным эмоциональным компонентом. Romeo — потомок маленького человекоподобного робота по имени NAO, имеющего уже более 5000 продаж и договоров об аренде во всем мире.

Робот размером ребенка восьми лет (1,40 м), а весит немного больше (40 кг). Чтобы быть как можно более легким, его корпус выполнен из углеродного волокна и резины и был разработан таким образом, чтобы избежать риска причинения вреда человеку, которому он будет помогать. На сегодняшний день Ромео может ходить, различать трехмерное окружение, слышать и говорить.

График тестирования робота в реальных условиях планируется на 2016 год, конечная цель – готовность к использованию в домах престарелых в 2017-м или 2019 году. Разработка частично финансируется французским правительством и Европейской комиссией, проект бюджета на разработку Romeo составляет 37 млн. евро за период 2009-2016 гг.

6. Petman

Petman является антропоморфным роботом, предназначенным для тестирования одежды, защищающей от химического воздействия. Естественное движение очень важно для Petman, чтобы смоделировать ситуацию, когда солдат в защитной одежде подвергается внешнему воздействию в реальных условиях.

В отличие от предыдущих роботов для тестирования костюмов, которые имели ограниченный спектр движений и должны были поддерживаться механически, Petman балансирует и свободно перемещается; ходит, нагибается и выполняет разнообразные физические упражнения под воздействием химических радиоактивных веществ.

Petman также обладает имитацией физиологии человека в защитном костюме путем контроля температуры, влажности и потливости, чтобы обеспечить реалистичные условия испытаний. Система Petman была предоставлена для тестирования и в настоящее время проходит тестирование.

7. NAO

NAO представляет собой человекоподобного робота высотой 58 см. Он был создан, чтобы стать дружелюбными компаньоном для дома. С 2008 года выпущено уже несколько версий робота.

Самым известным экземпляром NAO является Nao Academics Edition, который разработан для университетов и лабораторий для помощи в научных исследованиях и образовании. Он был выпущен для учреждений в 2008 году и стал доступен для покупателей к 2011-му. Более поздние обновления для платформы Nao включают 2011 Nao Next Gen и 2014 Nao Evolution.

Роботы NAO использовались в сфере исследований и образования в многочисленных научных учреждениях во всем мире. По состоянию на 2015 год свыше 5000 роботов Nao используются в более чем 50 странах.

8. RoboThespian

RoboThespian — это робот-гуманоид в натуральную величину, предназначенный для взаимодействия с людьми в общественной среде. Он полностью интерактивный, многоязычный и с удобным интерфейсом, что делает его идеальным устройством для общения и развлечений.

Третье поколение роботов, после более чем шести лет непрерывного развития — это проверенная и протестированная платформа, которой доверяют научные центры, туристические достопримечательности, коммерческие пользователи и научно-исследовательские институты по всему миру.

Он поставляется со стандартным набором фраз, к которому вы можете добавить свои собственные записанные выражения или уникальный контент. Файлы, контролирующие движение, звук и видео также могут быть загружены.

9. Aiko Chihira

Aiko Chihira может работать автономно, говорить и жестикулировать во время общения с людьми. Исследователи недавно продемонстрировали, что Aiko Chihira более продвинутее, чем среднестатистические подобные андроиды. Робот знает язык жестов и автоматически адаптируется к положению собеседника.

10. Роботы пол-дэнсеры – Lexy и Tess

Источник

Новый робот телеприсутствия ходит на работу как сотрудник: вместо головы у него планшет

Российская компания создала продвинутого робота телеприсутствия для удаленной работы. Компания BotEyes рассказала «Хайтеку» подробности о новой разработке.

Читайте «Хайтек» в

Новая модель отличается от предыдущих систем телеприсутствия несколькими уникальными характеристиками. Обычные роботы едут с фиксированной скоростью, и для ее изменения нужно остановить робота, изменить скорость и затем поехать дальше. BotEyes позволяет менять скорость от 0 до 2,5 км/час плавно и прямо во время движения. Для этого используется специальная система управления (на фото ниже, справа).

Стрелки внутри круга указывают направление движения робота, а скорость задается расстоянием от центра круга. Робот увеличивает скорость плавно при перемещении курсора от центра к границе круга.

Планшет в голове робота можно установить как горизонтально, так и вертикально. Как отмечают авторы разработки, это очень важно, так как позволяет согласовать соотношение сторон кадра в камере робота и на экране пользователя. В свою очередь, это помогает избавиться от черных полос по краям кадра, увеличивая полезную область просмотра. Если робот управляется из настольного компьютера, то планшет устанавливается горизонтально, а со смартфона — вертикально.

Сам планшет наклоняется на 180 градусов вниз и на 160 градусов вверх, это позволяет видеть пол и шасси робота (это важно для объезда препятствий), и даже потолок. Это избавляет от необходимости использовать отдельное окно для просмотра пространства вокруг колес или линзу «рыбий глаз» для увеличения площади обзора, которая сильно искажает пространство.

В отличие от общепринятых литиевых аккумуляторов, робот использует герметичные свинцово-кислотные. Почему это важно? Во-первых, изделия с литиевыми аккумуляторами запрещены к перевозке воздушным транспортом из-за опасности воспламенения. Требования безопасности ограничивают емкость литиевых аккумуляторов на уровне 100 Вт*ч, но это не распространяется на кислотно-свинцовые аккумуляторы. Аккумуляторы BotEyes мощность батарей составляет 172 Вт*ч, что достаточно для 10 часов работы робота. Во-вторых, свинцово-кислотные аккумуляторы мало весят, что обеспечивает максимальную среди аналогов устойчивость робота при переезде дверных порогов и кабелей на полу. Аналоги с легкими литиевыми аккумуляторами в таких случаях падают, что приводит к порче планшета. Кстати, в «голове» робота можно установить любой планшет с диагональю от 8 до 12 дюймов.

Кроме этого, робот позволяет записывать и сохранять видео, переключать камеры с передней на заднюю, а также использовать не только WebRTC для видеосвязи, но и любое другое средство, как, например, Skype и Zoom. Все это позволяет использовать робота для удаленной работы. Например, в случае, когда надо осмотреть помещение, а условия (та же самая пандемия) не позволяют этого сделать.

Источник

Робот ходит как человек

Создавая шагающего робота, конструктор должен ответить на множество вопросов. Некоторые из них носят общий характер, но некоторые необходимо разбирать детально. В статье мы описали наиболее важные вопросы, связанные с дизайном и сборкой шагающих мобильных роботов.

Мы сосредоточились в этой статье на самом двигательном аппарате, и на возможных технических решениях, вытекающих из принятых допущений. Классификация шагающих роботов может варьироваться в зависимости от выбранных критериев.

Некоторые критерии тесно связаны, например, с количеством лап или ног, а также с возможными типами походки. Итак, давайте посмотрим на приведенные выше классификации.

Модели движения

Если движение шагающего робота похоже на походку животного, то такая модель называется биологической моделью. Конструирование таких роботов началось с наблюдения и попытки имитировать походку различных существ. На рисунке ниже показано типичное расположение лап насекомых, рептилий и млекопитающих.

Типичное расположение лап животных: а) рептилия, б) насекомое, в) млекопитающее.

Из рисунка виден важный критерий — это высота центра тяжести.

Типы ног

Другой критерий, связанный с биологической структурой, — это тип ног или лап. У робота могут быть одинаковые ноги, у него могут быть пары разных ног (по длине и / или форме). Это связано не только с их выбором, но и с возможными типами движения. Проще, и обычно дешевле, сделать робота с одинаковыми ногами.

Следующий, и последний критерий, связан с расположением ног по отношению к туловищу. Здесь снова у нас есть несколько вариантов:

лапы, расставленные симметрично по кругу

или лапы, расставленные по обеим сторонам робота, т.е. лапы находятся под телом — как у млекопитающего.

Своего рода стабильность

Еще один важный критерий — это тип устойчивости. Это неразрывно связано с количеством лап. Различают следующие типы устойчивости: статически стабильная походка, динамически стабильная походка и квазистатическая стабильная походка.

Статически стабильная походка

Статически стабильная походка — это походка, при которой робот может быть остановлен в любой момент, без потери равновесия. Классическим примером этого типа движений является походка шестиногих роботов.

Динамически стабильная походка

Противоположность этому типу движений — динамически устойчивая походка. В этом случае, только в определенные моменты движения, робот может быть остановлен, в другие, сохраняется стабильность походки за счет динамики движения. Остановка в такой момент приведет к опрокидыванию робота.

Квазистатическая устойчивая походка

Последний тип — квазистатическая устойчивая походка. В этом случае, в отличие от других, устойчивость походки обеспечивается конструкцией ноги. Примером может служить походка двуногих роботов с большими и тяжелыми ступнями, в которой стабильность движения обеспечивает «маятник» — движущаяся нога уравновешивает наклон туловища.

Количество ног робота

В этом случае крепим любое количество ног. Их минимальное количество может быть равно нулю — в этом случае это будут, например, змееподобные ползучие роботы. Однако, когда мы говорим о педипуляторах (шагающих роботах), мы имеем в виду роботов с определенным количеством лап или ног — одной, двумя, четырьмя, шестью и более.

Одноногий или однолапый робот

В случае с одноногим роботом мы можем говорить только об одном виде походки — прыжках. Это динамический тип движения. Только благодаря большой мощности приводов, очень быстрой системе управления и датчикам, а также сложному алгоритму робот не опрокидывается при движении.

Двуногие роботы

Двуногие или двулапые роботы характеризуются динамически устойчивой походкой. Обычно ходят на согнутых ногах. Биологический образец таких роботов — человек.

Они также могут двигаться квазистабильным статическим движением. В этом случае структура ноги, а именно большая ступня, позволяет распределять баланс силы на большой площади, под которой также находится центр тяжести робота. Кроме того, относительно большая масса одной ноги позволяет балансировать вместе с телом во время движения и обеспечивает противовес туловищу.

Четвероногие роботы

Квадропеды — роботы с четырьмя ногами или лапами. В этом случае биологический образец обычно — млекопитающие или рептилии. Эти роботы могут двигаться как динамически стабильно (галопом), так и статически (перемещая одну ногу за один раз). Шестиногие роботы также могут двигаться как статически, так и динамически.

Таким образом, алгоритм движения является наиболее простым в программировании из всех перечисленных групп, единственная трудность может заключаться в большом количестве степеней свободы.

Многоногие роботы

Также есть группа многоногих роботов с более чем шестью ногами. В таком решении (до тех пор, пока мы должны контролировать каждую ногу отдельно) система управления усложняется. Эти роботы передвигаются статически стабильной походкой. Максимальное количество возможных шагов определяется формулой, приведенной Макги в 1968 году :

k — количество ног

N — количество возможных видов походки

! — означает факториал

Для молодых адептов робототехники, которые могут не знать эту математическую функцию — мы привели дополнительное пояснение:

! — факториал — это произведение всех чисел от 2 до n.

Пример:

6! = 2 ∙ 3 ​​∙ 4 ∙ 5 ∙ 6 = 720.

Для шестиногого робота результат формулы МакГи:

(2 ∙ 6-1)! = 11! = 39 916 800 возможных шагов.

Тип походки

Последний из этих критериев — тип походки. Приведенная выше формула дает максимально возможное количество шагов, но не все роботы могут двигаться всеми перечисленными способами. Это ограничение проистекает из используемых приводов, выбранного устройства движения и его ограничений, а также ограничений системы управления, особенно ее скорости.

Если у привода нет большого запаса мощности и динамики, то робот может двигаться только статически устойчивой походкой. Конструкция ног и механические связи между отдельными ногами (или степени свободы одной ноги) также ограничивают количество возможных аллюров. Это количество может быть ограничено одним типом.

Волновое движение очень популярно и легко реализуемо. Указанная здесь последовательность смены ног является циклической. Эту походку можно представить в виде диаграмм походок. Примеры схем представлены на рисунках ниже. Фаза движения ноги называется фазой вытягивания, а период, в течение которого нога соприкасается с землей, называется фазой рефрактерности. Эту походку еще называют периодической.

Примеры схем походки четвероногого и шестиногого роботов:

Последний вид походки — это движение проводника. Следующая нога ставится на то место, где ранее находилась предыдущая нога. Её применение аналогично свободному движению.

Проектирование робота

При проектировании робота мы должны выбрать конкретный привод:

У каждого из них есть свои достоинства и недостатки. В мобильных роботах (особенно любительских) чаще всего используются электродвигатели — электродвигатели постоянного тока или сервоприводы. Ими очень легко управлять, а для питания достаточно обычной батарейки. Оборудованные ими роботы могут быть автономными.

Другое дело ноги или лапы — их форма, длина, расположение, количество степеней свободы.

Важным вопросом является соотношение количества приводов к количеству опор. В простейшем случае — шестиногом роботе — мы можем использовать от двух до восемнадцати приводов. Два двигателя связаны с наибольшим ограничением количества возможных аллюров и большим количеством механических связей между ногами. Но во втором случае, если у нас по 3 привода на ногу, то с точки зрения робототехники это решение оптимально.

Примеры шестиногих роботов с двумя, тремя и восемнадцатью степенями свободы показаны на следующих рисунках:

а) Робот с двумя степенями свободы	б) Робот с тремя степенями свободы	в) Робот с восемнадцатью степенями свободы
г) Робот с одной степенью свободы — конструкция ноги	д) Робот с одной степенью свободы — механизм передачи привода	е) Робот с одной степенью свободы — траектория походки

На рисунке а показан робот с двумя степенями свободы. Механическая связь между ногами по обе стороны от робота позволяет ему двигаться вперед и поворачиваться. Система управления такого робота аналогична системе управления колесного робота с двумя независимо управляемыми колесами.

Робот с таким строением ног может двигаться только одним типом походки. На рисунке б можно увидеть конструкцию робота с тремя степенями свободы. В этом случае средняя пара ног уравновешивает робота так, чтобы две оставшиеся ноги с одной стороны были подняты вверх — они находятся в фазе вытягивания. При наклоне в другом направлении стороны меняются местами. Как видно на рисунке, внешние ноги с обеих сторон жестко соединены. Опять же, возможен только один тип движения, но он немного сложнее, чем в предыдущем случае.

Последний пример — робот с несколькими степенями свободы (рисунок в). Такое решение дает возможность независимо управлять подъемом и горизонтальным перемещением каждой ноги.

В случае 2 степеней свободы на ногу, один привод отвечает за вертикальное движение, а другой за горизонтальное. Разница между роботом с 2 степенями свободы на ногу и 3 степенями свободы на ногу в том, что в последнем случае можно двигаться боком (по типу краба). В первом поступательное движение может происходить только вперед или назад. В зависимости от запаса энергии приводов такое решение позволяет реализовать статическую походку (с малым запасом мощности) и динамическую походку (с большим запасом мощности).

На рисунках г, е можно увидеть роботов с одной степенью свободы. Конструкция ног идентична конструкции робота с двумя степенями свободы. Отличие заключается в конструкции трансмиссии и замене одного двигателя муфтой свободного хода, передающей вращение только в одном направлении.

Такое решение ограничивает возможные движения для ходьбы вперед и поворота в сторону ( рисунок е).

Расположение ног

Также немаловажным является размещение ног на теле робота. Чтобы робот не упал, надо помнить о положении центра тяжести. Это очень важно.

Опорный многоугольник — это многоугольник, вершинами которого являются точки, в которых ноги фактически соприкасаются с землей. Эта цифра меняется в каждый момент движения. Например, для четвероногого робота с симметрично распределенными ногами, когда все ноги соприкасаются с землей, опорный многоугольник представляет собой прямоугольник или квадрат; если одна нога поднята — многоугольник опоры становится треугольником.

При проектировании робота, который будет двигаться в статически стабильном движении, центр тяжести должен быть расположен таким образом, чтобы он никогда не выходил за пределы многоугольника. Чтобы повысить устойчивость и исключить влияние всех дополнительных динамических эффектов (например, сам факт движения ноги), применяется дополнительный запас прочности. Он заключается в построении ног и корпуса, при котором центр тяжести не приближается к сторонам многоугольника опоры.

Минимальное расстояние между ближайшей стороной текущего опорного полигона и центром тяжести называется статическим запасом устойчивости. Фигура, на следующем рисунке, показывает примерную последовательность опорных полигонов во время движения четвероногим роботом. На этом рисунке также показан центр тяжести робота.

Понятие шага связано с положением ноги по отношению к туловищу робота. Это показано на следующем рисунке:

Диаграммы походки

Наконец, мы хотели бы вернуться к вопросам схемы походки. Это не будет проблемой для роботов, которые могут двигаться только одним типом походки. Однако при разработке алгоритма походки робота с большим количеством степеней свободы, существует некоторая проблема.

Мы представили эту проблему на следующем рисунке а виде диаграммы. Существенным различием между двумя представленными вариантами является дополнительное пустое поле в периоде походки. В этот момент все ноги находятся на земле, а туловище выталкивается вперед на всю длину шага. Во время фазы стояния на одной ноге, другие движутся в обратном направлении 1/5 длины шага.

Системы управления — отдельная проблема. Простое перемещение даже роботов со многими степенями свободы и поддержкой нескольких простых датчиков расстояния может быть реализовано в восьмиразрядных микроконтроллерах. Написание программы на языках BASIC (bascom, BASIC stamp, BASIC micro) также не является большой проблемой для среднего опытного программиста.

Вывод

В данной статье «Шагающие роботы — теория и основы» рассмотрены вопросы, связанные с шагающими роботами, наиболее часто используемыми решениями для реализации походки, и описаны примерные диаграммы походки. Описание всех возможных конструкций ног и методов походки просто невозможно из-за огромного объема информации.

Надеемся, материал вам понравился. Не стесняйтесь узнавать больше о робототехнике, изобретать и конструировать собственных шагающих роботов. Конструкция такого робота доставит вам большое удовлетворение и гордость за себя, особенно когда заработает все как надо.

Источник