Войти
Передвижение робота - это общее название для различных методов, которые роботы используют для транспортировки сами с места на место.
Колесные роботы обычно достаточно энергоэффективны и просты в управлении. Однако другие формы передвижения могут быть более подходящими по ряду причин, например, пересечение пересеченной местности, а также перемещение и взаимодействие в среде людей. Кроме того, изучение двуногих и насекомоподобных роботов может положительно повлиять на биомеханику.
Основной целью в этой области является развитие у роботов возможностей автономно решать, как, когда и куда двигаться. Однако координировать многочисленные роботизированные суставы даже для простых задач, таких как переход по лестнице, сложно. Автономное передвижение роботов - серьезное технологическое препятствие для многих областей робототехники, таких как гуманоиды (например, Honda Asimo ).
Связь Клана ходьба Шагающие роботы имитируют человека или животное походку в качестве замены движения на колесах. Движение ногами позволяет преодолевать неровные поверхности, ступеньки и другие участки, до которых будет трудно добраться колесному роботу, а также наносит меньший ущерб окружающей местности, чем колесные роботы, которые разрушают его.
Роботы Hexapod основаны на передвижениях насекомых, наиболее популярных из которых - таракан и палочник, чья неврологическая и сенсорная продукция менее сложна, чем у других животных. Несколько ног позволяют использовать разные походки, даже если нога повреждена, что делает их движения более полезными для роботов, транспортирующих предметы.
Примеры современных работающих роботов: ASIMO, BigDog, HUBO 2, RunBot и Toyota. Робот-партнер.
С точки зрения энергоэффективности на плоских поверхностях колесные роботы являются наиболее эффективными. Это потому, что идеальное катящееся (но не проскальзывающее) колесо не теряет энергии. Колесо, катящееся с заданной скоростью, не требует дополнительных усилий для поддержания своего движения. Это контрастирует с роботами на ногах, которые при ударе пяткой страдают от удара о землю и в результате теряют энергию.
Segway в музее роботов в Нагое.Для простоты большинство мобильных роботов имеют четыре колеса или несколько непрерывных гусениц. Некоторые исследователи пытались создать более сложных колесных роботов с одним или двумя колесами. Они могут иметь определенные преимущества, такие как более высокая эффективность и меньшее количество деталей, а также позволяющие роботу перемещаться в ограниченном пространстве, что было бы невозможно для четырехколесного робота.
Примеры: Boe-Bot, Cosmobot, Элмер, Элси, Энон, HERO, IRobot Create, Roomba iRobot, Johns Hopkins Beast, Land Walker, Модульный робот, Musa, Omnibot, PaPeRo, Phobot, Pocketdelta robot, Push the Talking Trash Can, RB5X, Rovio, Seropi, Shakey the robot, Sony Rolly, Spykee, TiLR, Topo, TR Araña и Wakamaru.
Несколько роботов, построенных в 1980-х годах Марком Райбертом в лаборатории ног Массачусетского технологического института, успешно продемонстрировали очень динамичную ходьбу. Изначально робот с одной ногой и очень маленькой ступней мог оставаться в вертикальном положении, просто подпрыгивая. Движение такое же, как у человека на пого-палке. Когда робот падает в сторону, он слегка подпрыгивает в этом направлении, чтобы поймать себя. Вскоре алгоритм был обобщен на два и четыре этапа. Был продемонстрирован двуногий робот, который бегает и даже выполняет сальто. Также был продемонстрирован четвероногий, который может рысь, бегать, темп и скакать.
Примеры:
Скоординированное последовательное механическое воздействие, имеющее вид бегущей волны, называется метахрональным ритмом или волной, и в природе используется инфузориями для переноса и червями. и членистоногие для передвижения.
Несколько роботов змейка были успешно разработаны. Имитируя движение настоящих змей, эти роботы могут перемещаться в очень ограниченном пространстве, а это означает, что однажды их можно будет использовать для поиска людей, оказавшихся в ловушке в разрушенных зданиях. Японский робот-змея ACM-R5 может даже перемещаться как на суше, так и в воде.
Примеры: Робот-змея, Робобоа и Snakebot.
Брахиация позволяет роботам перемещаться, раскачиваясь, используя энергию только для захвата и освобождения поверхностей. Это движение похоже на то, как обезьяна перескакивает с дерева на дерево. Эти два типа брахиации можно сравнить с двуногой ходьбой (непрерывный контакт) или бегом (рихохеталь). Непрерывный контакт - это когда рука / захватывающий механизм всегда прикреплен к пересекаемой поверхности; richochetal использует фазу воздушного «полета» от одной поверхности / конечности к другой.
Роботы также могут быть разработаны для выполнения передвижения в нескольких режимах. Например, Bipedal Snake Robo может скользить как змея и ходить как двуногий робот.
Желание создать роботов с динамическими локомотивными способностями побудило ученых искать решения в природе. Было изобретено несколько роботов, способных к базовому перемещению в одном режиме, но оказалось, что у них отсутствуют некоторые возможности, что ограничивает их функции и приложения. Высокоинтеллектуальные роботы необходимы в нескольких областях, таких как поисково-спасательные миссии, поля сражений и исследование ландшафта. Таким образом, роботы такого типа должны быть небольшими, легкими, быстрыми и обладать способностью двигаться в нескольких режимах локомотива. Оказывается, несколько животных послужили вдохновением для создания нескольких роботов. Вот некоторые из таких животных:
Pteryomini (белка-летяга)
Иллюстративное изображение белки-летяги (Pteromyini) Pteryomini демонстрирует большую подвижность на суше, используя свою четвероногую ходьбу с ногами с высокой степенью свободы. В воздухе Pteryomini скользит, используя подъемные силы перепонки между ног. Он обладает очень гибкой мембраной, которая позволяет свободно перемещать ноги. Он использует свою высокоэластичную мембрану для скольжения в воздухе и демонстрирует гибкое движение на земле. Кроме того, Pteryomini может демонстрировать мультимодальное движение благодаря мембране, которая соединяет передние и задние ноги, что также увеличивает его способность скольжения. Было доказано, что гибкая мембрана обладает более высоким коэффициентом подъемной силы, чем жесткие пластины, и замедляет угол атаки, при котором происходит срыв. У белки-летяги также есть толстые пучки на краях мембраны, кончиках крыльев и хвосте, что помогает свести к минимуму колебания и ненужные потери энергии.
Изображение, показывающее расположение уропатагия Pteromyini может повысить свою способность скольжения за счет к многочисленным физическим характеристикам, которыми он обладает
Гибкая мышечная структура служит множеству целей. Во-первых, Plagiopatagium, который служит основным генератором подъемной силы для белки-летяги, способен эффективно функционировать благодаря своим тонким и гибким мышцам. Plagiopatagium может контролировать натяжение мембраны из-за сжатия и расширения. Контроль натяжения может в конечном итоге помочь в экономии энергии за счет минимального колебания мембраны. После приземления Pteromyini сокращает свою мембрану, чтобы гарантировать, что мембрана не провисает при ходьбе.
Пропатагиум и уропатагиум служат для обеспечения дополнительной подъемной силы для Pteromyini. В то время как пропатагиум расположен между головой и передними конечностями белки-летяги, уропатагиум расположен на хвосте и задних конечностях, и они служат для обеспечения летяги повышенной маневренности и сопротивления при приземлении.
Кроме того, У белки-летяги на краях мембраны имеются толстые веревкообразные мышечные структуры, которые поддерживают форму мембраны s. Эти мышечные структуры, называемые platysma, tibiocarpalis и semitendinosus, расположены на пропатагиуме, плагиопатагиуме и уропатагиуме соответственно. Эти толстые мышечные структуры служат для защиты от ненужного трепета из-за сильного давления ветра во время планирования, что сводит к минимуму потери энергии.
Кончики крыльев расположены на запястьях передних конечностей и служат для образования аэродинамического профиля, который сводит к минимуму эффект индуцированного сопротивления из-за к образованию вихрей на концах крыла. Законцовки крыла ослабляют влияние вихрей и препятствуют влиянию сопротивления на все крыло. Pteryomini может раскладывать и складывать кончики крыльев во время скольжения с помощью больших пальцев. Это служит для предотвращения нежелательного провисания законцовок крыльев.
Хвост белки-летяги обеспечивает улучшенные способности к планированию, поскольку он играет критически важную роль. В отличие от других позвоночных, у Pteromyini хвост уплощен, чтобы получить большую аэродинамическую поверхность при скольжении. Это также позволяет белке-летягу сохранять стабильность угла наклона хвоста. Это особенно полезно во время приземления, поскольку Pteromyini может увеличивать угол тангажа и увеличивать сопротивление, чтобы замедлить и безопасно приземлиться
Кроме того, ноги и хвост Pteromyini служат для управления направлением его планирования. Благодаря гибкости мембран вокруг ног, угол хорды и двугранный угол между мембраной и коронарной плоскостью тела контролируются. Это позволяет животному создавать моменты крена, качки и рыскания, которые, в свою очередь, контролируют скорость и направление планирования. Во время приземления животное может быстро снизить скорость за счет увеличения сопротивления и изменения угла наклона с помощью мембран и дальнейшего увеличения сопротивления воздуха за счет ослабления натяжения между мембранами ног
Desmodus Rotundus (летучая мышь-вампир)
Изображение, показывающее Desmodus Rotundus (летучая мышь-вампир) Известно, что обычные летучие мыши-вампиры обладают мощными способами наземного передвижения, такими как прыжки, и воздушными движениями, такими как планирование. Несколько исследований показали, что морфология летучей мыши позволяет ей легко и эффективно переключаться между двумя режимами движения. Анатомия, которая помогает в этом, по существу построена вокруг самой большой мышцы тела летучей мыши pectorialis profundus (задний отдел). Между двумя способами передвижения есть три общие кости. Эти три основные кости являются неотъемлемыми частями структуры руки, а именно: плечевая, локтевая и лучевая. Поскольку компоненты для обоих режимов уже используются совместно, дополнительные мышцы не требуются при переходе от прыжка к скольжению.
Изображение, показывающее Schistocerca gregaria (обитающая в пустыне саранча) Подробное изучение морфологии плеча летучая мышь показывает, что кости руки немного более крепкие, а локтевая и лучевая кость слиты, чтобы выдерживать тяжелые силы реакции со стороны земли
Schistocerca gregaria (Саранча, обитающая в пустыне)
Саранча, обитающая в пустыне, - это известен своей способностью прыгать и летать на большие расстояния, а также ползать по земле. Подробное изучение анатомии этого организма даст некоторые подробности о механизмах передвижения. Задние лапы саранчи развиты для прыжков. Они обладают полулунным отростком, который состоит из большой мышцы-разгибателя большеберцовой кости, малой мышцы-сгибателя большеберцовой кости и утолщенной кутикулы в форме банана. Когда большеберцовая мышца сгибается, механическое преимущество мышц и компонент вертикального толчка при разгибании ноги увеличивается. Эта обитающая в пустыне саранча использует механизм катапульты, в котором энергия сначала накапливается в задних лапах, а затем высвобождается для вытягивания ног.
Для того, чтобы совершился идеальный прыжок, саранча должна толкать свои ноги по земле. с достаточно сильным усилием, чтобы начать быстрый взлет. Сила должна быть достаточной для того, чтобы достичь быстрого взлета и приличной высоты прыжка. Сила также должна создаваться быстро. Чтобы эффективно перейти из режима прыжка в режим полета, насекомое должно регулировать время открытия крыла, чтобы максимально увеличить расстояние и высоту прыжка. Когда он находится в зените своего прыжка, активируется режим полета.
Моделирование мультимодального шагающего и планирующего робота после Pteryomini (летающий squirrel)
После открытия необходимой модели для имитации, исследователи стремились разработать робота на ногах, который был способен достигать эффективного движения в воздушной и наземной среде с помощью гибкой мембраны. Таким образом, для достижения этой цели необходимо было принять во внимание следующие конструктивные особенности:
1. Форма и площадь мембраны должны быть выбраны сознательно, чтобы можно было достичь намеченных аэродинамических свойств этой мембраны. Кроме того, конструкция мембраны может повлиять на конструкцию ножек, поскольку мембрана прикреплена к ножкам.
2. Мембрана должна быть достаточно гибкой, чтобы ноги могли свободно двигаться во время скольжения и ходьбы. Однако степень гибкости необходимо контролировать из-за того, что чрезмерная гибкость может привести к значительной потере энергии, вызванной колебаниями в областях мембраны, где возникает сильное давление.
3. Нога робота должна была быть спроектирована так, чтобы обеспечить соответствующий крутящий момент для ходьбы и скольжения
Чтобы учесть эти факторы, необходимо было уделить пристальное внимание характеристикам Pteryomini. Аэродинамические характеристики робота были смоделированы с помощью динамического моделирования и симуляции. Имитируя толстые мышечные пучки мембраны Pteryomini, дизайнеры смогли минимизировать колебания и колебания краев мембраны робота, тем самым уменьшив ненужные потери энергии. Кроме того, величина лобового сопротивления крыла робота была уменьшена за счет использования убирающихся законцовок крыльев, что позволило улучшить возможности планирования. Кроме того, нога робота была спроектирована так, чтобы обеспечивать достаточный крутящий момент после имитации анатомии ноги Птериомини с использованием виртуального анализа работы.
В соответствии с конструкцией ноги и мембраны робота, его среднее отношение скольжения (GR) был определен равным 1,88. Робот функционировал эффективно, ходил по нескольким схемам походки и ползал на ногах с высокой глубиной резкости. Робот также смог безопасно приземлиться. Эти выступления продемонстрировали способность робота к скольжению и ходьбе и его мультимодальное передвижение.
Моделирование многомодального прыгающего и планирующего робота после Desmodus Rotundus (летучая мышь-вампир)
Конструкция робота под названием Multi-Mo Летучая мышь включала в себя создание четырех основных фаз работы: фаза накопления энергии, фаза прыжка, фаза движения накатом и фаза планирования. Фаза накопления энергии по существу включает резервирование энергии для энергии прыжка. Эта энергия хранится в основных силовых пружинах. Этот процесс дополнительно создает крутящий момент вокруг сустава плеч, который, в свою очередь, настраивает ноги для прыжков. Как только накопленная энергия высвобождается, может быть начата фаза скачка. Когда запускается фаза прыжка и робот отрывается от земли, он переходит в фазу наката, которая продолжается до тех пор, пока не будет достигнута высшая точка и робот не начнет спускаться. По мере того, как робот опускается, сопротивление помогает снизить скорость, с которой он спускается, поскольку крыло меняет конфигурацию из-за увеличения сопротивления на нижней части аэродинамических поверхностей. На этом этапе робот скользит вниз.
Анатомия руки летучей мыши-вампира играет ключевую роль в конструкции ноги робота. Чтобы минимизировать количество степеней свободы (DoFs), два компонента плеча зеркально отражаются в плоскости xz. Затем создается четырехслойная конструкция ноги робота, в результате чего получается только 2 независимых DoF.
Моделирование многомодального прыгающего и летающего робота после Schistocerca gregaria (пустынная саранча)
Робот Разработанный был приведен в действие одним двигателем постоянного тока, который объединял характеристики прыжков и взмахов. Он был спроектирован как соединение перевернутого кривошипно-ползункового механизма для конструкции ног, системы собачьей муфты, служащей механизмом для подъема лебедки, и механизма реечной передачи, используемого для системы машущих крыльев. Эта конструкция включала в себя очень эффективный механизм накопления и высвобождения энергии и встроенный механизм взмахов крыльев.
Был разработан робот с характеристиками, похожими на саранчу. Основной особенностью конструкции робота была система передач, приводимая в действие одним двигателем, которая позволяла роботу совершать прыжки и взмахи руками. Так же, как движение саранчи, движение робота инициируется сгибанием ног в положение максимального накопления энергии, после чего энергия немедленно высвобождается для создания силы, необходимой для полета.
Робот был протестирован на работоспособность, и результаты показали, что робот мог прыгать на высоту примерно 0,9 м, имея вес 23 г и взмахивая крыльями с частотой около 19 Гц. Робот, испытанный без махающих крыльев, показал менее впечатляющие результаты, продемонстрировав снижение прыжковых характеристик примерно на 30% по сравнению с роботом с крыльями. Эти результаты впечатляют, поскольку ожидается обратное, поскольку вес крыльев должен был повлиять на прыжки
 | Найдите перемещение роботов в Викисловаре, бесплатном словаре. |
