Chodzący robot

Roboty kroczące to specjalne roboty, które mogą poruszać się za pomocą „nóg”. Jest to już możliwe z tylko jedną „nogą” (skakanie). Z reguły jednak stosuje się maszyny czteronożne, sześcionożne lub dwunożne. Istnieją maszyny, które mają jeszcze więcej nóg, ale można je wywodzić z wariantu sześcionożnego.

Historia i informacje ogólne

"Annie G. galoping", fotograficzne studium ruchu Eadwearda Muybridge'a , 1878.

Wczesnym przedmiotem badań były różne ogrody chodu koni . Fotograf Eadweard Muybridge zarejestrował galop konia za pomocą specjalnie opracowanej techniki rejestrowania, dzięki czemu był w stanie dostarczyć fotograficznego dowodu, że w tym chodzie koń dotyka ziemi tylko jednym kopytem w różnych momentach, a w żadnym innym czasie. Chociaż koń w każdej chwili w stanie niestabilnym jest w stanie, nadal jest stabilny.

Aby chodzące roboty mogły wykonywać swoje zadanie, sekwencja ruchów i reakcja na zakłócające czynniki muszą być precyzyjnie określone. W przypadku kół są to obroty osiowe i sporadyczne ruchy kierownicą, podczas gdy maszyna z „nogami” porusza kilka elementów w skoordynowany sposób w czasie i przestrzeni.

Maszyny, które mają co najmniej sześć nóg ( heksypedy , krocionogi , pajęczaki z co najmniej ośmioma nogami) zawsze mają co najmniej trzy nogi na ziemi, aby maszyna była przez cały czas stabilna.

Nawet przy stopach czworonożnych , dość stabilną postawę można osiągnąć tylko wtedy, gdy na ziemi stoją jednocześnie trzy nogi. Przykład zwierząt pokazuje jednak, że nie da się z nimi osiągnąć dużej prędkości biegu.

Zachowanie podczas chodzenia i biegania

Chodzenie statyczne

Statyczny chód ma miejsce wtedy, gdy środek ciężkości robota przez cały czas znajduje się nad stopami, aby nie mógł się przewrócić bez działania siły zewnętrznej.

Dynamiczny spacer i bieganie

Dynamiczny chód ma miejsce, gdy środek ciężkości robota może znajdować się również poza obszarem stóp bez upadku robota. Właściwie można by mówić o „upadku kontrolowanym”, ponieważ robot upadłby, gdyby nagle ustał.

O dynamicznym biegu mówimy wtedy, gdy ruch wymagany do utrzymania prędkości oznacza, że ​​czasami żadna z nóg robota nie dotyka podłoża.

Statyczne roboty kroczące

Klasyczny robot kroczący składa się z siłowników , czujników i sterowania komputerowego . „Nogi” są zwykle poruszane przez serwomotory w taki sposób, że odwija ​​się określony program ruchu.

Dwunożne statyczne roboty kroczące

Robot ASIMO porusza się z maksymalną prędkością 6 km/h, ma 1,30 m wysokości i waży 52 kg, a do tego potrzebuje dużo energii elektrycznej. Jedną z jego specjalnych umiejętności jest to, że potrafi wspinać się po schodach.

Sześcionożne roboty kroczące

Robot sześcionogowy
Przejście ze statywem (widok z góry); czerwona noga: noga stojąca; czarna noga: rozładowana
Sprzęt do statywu: schemat biegania
Korytarz Tetrapod (widok z góry); czerwona noga: noga stojąca; czarna noga: rozładowana
Korytarz Tetrapod: schemat działania

Konstrukcje sześcionożne są idealną podstawą dla statycznie stabilnych robotów kroczących. Dzięki temu nadają się do poruszania się po nierównym terenie. Rozróżnia się dwa chody (kolejność ruchów nóg):

  • Sprzęt do statywu
  • Korytarz czworonogów

Podczas chodzenia na statywie na ziemi stoją zawsze trzy nogi (przykład: patyczak indyjski , z trzema nogami stojącymi i trzema wahliwymi).

Podczas chodzenia na czworonogu na ziemi zawsze stoją cztery nogi (4 nogi stojące, 2 nogi wahadłowe).

W przypadku maszyn kroczących z sześcioma prostopadłymi nogami rozróżnia się nie tylko kolejność ruchów nóg, ale także podstawowy rodzaj ruchu nóg:

  • Podążaj za liderem (np. gang trójnogów, gang czworonogów)
  • Chodzik cyrkulacyjny
  • Chodzik tkacki

Stworzenia o sześciu nogach biegną jako naśladowcy. Jedna noga podąża za drugą (w dowolnej kolejności). Maszyny mogą więcej. W przypadku okrągłej prowadnicy, trzy nogi po prawej stronie mają wspólną oś obrotu - jak wskazówki zegara (i odpowiednio również nogi lewe). Tylna noga jest odchylona przed przednią nogą. Ale jak najdalej wysunięta do tyłu noga ma przejść obok pozostałych dwóch nóg? Po prostu przeskakuje pod brzuchem (platforma robota).

Krosno również wykonuje ruch, który jest biologicznie niemożliwy. W maszynie tkackiej wszystkie sześć nóg znajduje się na wspólnej pionowej osi na środku platformy. Każda noga może poruszać się całkowicie po całym ciele (poziomy ruch teleskopowy to umożliwia). Nogi poruszają się z pozycji najbardziej wysuniętej do tyłu do pozycji wysuniętej do przodu, kierując się wokół pozostałych dwóch nóg na zewnątrz.

Podczas poruszania się po nierównym terenie ważne jest, aby robot znalazł w swoim kroku bezpieczny punkt przyziemienia (potencjalny obszar przyziemienia nogi – obszar wyboru podnóżka) bez konieczności zbytniego zbaczania z głównego kierunku marszu.

Roboty dynamiczne kroczące

Pasywni biegacze dynamiczni

Roboty kroczące, które mogą poruszać się bez źródła energii, bazują na zabawce wynalezionej 150 lat temu. Trzeba go było tylko kopnąć, a potem mógł sam zejść po niewielkim zboczu. Aby to zrobić, zabawka kołysze się od prawej do lewej i macha nogą, która właśnie została podniesiona do przodu. Następnie kołysze się od lewej do prawej, a druga noga kołysze się do przodu.

Dzięki tej konstrukcji zabawka może poruszać się energooszczędnie i służyć jako model wyjściowy dla bardziej zaawansowanych technicznie robotów kroczących. W latach 80. Tad McGeer zastosował zasadę wahadła zaimplementowaną w tej zabawce do stabilizacji ruchów. Złożony i powolny system sterowania w komputerze, który był noszony ze sobą, nie powinien już wprawiać robota w ruch, ale struktura układu mięśniowo-szkieletowego powinna stabilizować chodzącego robota bez dodatkowego działania. Jeśli do konstrukcji prostej zabawki dodamy „biodro” lub „ruchome stopy”, to takie chodzące roboty potrzebują energii tylko do przyspieszania poruszających się mas, a nie już podczas hamowania, jak miało to miejsce w przypadku wcześniejszych robotów kroczących.

Zobacz też

literatura

  • René Steiner: Sterowanie atraktorem do ruchu symulowanej dwunożnej maszyny kroczącej w trzech wymiarach . rozprawa.de, Berlin 1999, ISBN 3-933342-26-0 .
  • Stefan Piekenbrock: Reaktywne sterowanie sześcionożną maszyną do chodzenia w nieznanym środowisku . Wytrząsarka Verlag , Aachen 1996, ISBN 3-8265-1313-4 .
  • Winfried Ilg: Biologicznie motywowana adaptacyjna kontrola ruchu dla czworonożnej maszyny do chodzenia . Akademicki V.-G. Aka, Berlin 2001, ISBN 3-89838-245-1 .
  • Martin Pfrommer, Yordan Todorov: Koncepcje sterowania do sterowania nogami robota kroczącego Lauron IVb . Grin Verlag, 2008, ISBN 978-3-640-22283-4 .

linki internetowe