Beobachten Sie, wie dieser vierbeinige Roboter dank eines intelligenten Reaktionsradsystems den Schwebebalken bewältigt

Mar 21, 2023

Forscher des Robotics Institute und der Fakultät für Maschinenbau der Carnegie Mellon University haben eine Möglichkeit gefunden, vierbeinigen Robotern wie Spot dabei zu helfen, schwieriges Schwebebalkengelände zu meistern – indem sie ihnen ein aktives Reaktionsrad auf den Rücken schnallen.

„Dieses Experiment war riesig“, behauptet Zachary Manchester, leitender Autor der Arbeit und Leiter des Robotic Exploration Lab an der Carnegie Mellon. „Ich glaube nicht, dass es jemals jemandem gelungen ist, mit einem Roboter auf dem Schwebebalken zu laufen.“

Für einen Menschen ist das Laufen auf einem Schwebebalken eine knifflige Aufgabe, für Roboter jedoch eine deutlich größere Herausforderung. Es gibt wenig Spielraum für Fehler und keinen Ort zum Stolpern – und wenn man mit vier statt mit zwei Beinen arbeitet, wird es noch schwieriger. „Bei aktuellen Steuerungsmethoden sind Körper und Beine eines vierbeinigen Roboters entkoppelt und sprechen nicht miteinander, um ihre Bewegungen zu koordinieren“, erklärt Manchester. „Wie können wir also ihr Gleichgewicht verbessern?“

Die Lösung besteht aus zwei Teilen, die Software und Hardware umfassen: ein Paar Reaktionsradaktuatoren (RWAs), die am Rücken des Roboters befestigt sind, und eine neuartige Steuerungstechnik, die mithilfe der Räder den Drehimpuls des Roboters unabhängig von seinen Beinen steuern kann.

„Man hat im Grunde ein großes Schwungrad mit daran befestigtem Motor“, sagt Manchester über den RWA-Ansatz, der zur Fernsteuerung von Satelliten im Weltraum dient. „Wenn man das schwere Schwungrad in eine Richtung dreht, dreht sich der Satellit in die andere Richtung. Nehmen Sie das und setzen Sie es auf den Körper eines vierbeinigen Roboters.“

Beim Testen des Konzepts an einem kommerziellen Unitree A1-Vierbeinroboter stellte das Team fest, dass zwei RWAs ausreichten, um den Körper auszurichten und die Beweglichkeit des Roboters zu erhöhen – und in der Steuerungssoftware wie ein einfacher Gyrostat behandelt werden konnten, der leicht zu einer Modellvorhersage hinzugefügt werden konnte Steueralgorithmus.

Simulationen bewiesen, dass das System theoretisch in der Lage ist, dem Roboter zu ermöglichen, immer auf seinen Füßen zu landen, wie eine Katze, unabhängig von der fallenden Ausrichtung, während physische Tests dazu führten, dass der modifizierte Roboter den Schwebebalken souverän bewältigte.

„Vierbeiner sind das nächste große Ding bei Robotern“, prognostiziert Manchester. „Ich denke, man wird in den nächsten Jahren noch viel mehr davon in freier Wildbahn sehen.“

Die Arbeit des Teams wurde zur International Conference on Robotics and Automation (ICRA '23) 2023 angenommen und steht als Open-Access-PDF-Download zur Verfügung.