Новий робот-велосипед стрибає, робить сальто та їздить на задньому колесі

Дослідники з Інституту робототехніки та штучного інтелекту (Robotics and AI Institute, RAI Institute) розробили Ultra Mobility Vehicle (UMV) — робота на основі велосипеда, призначеного для поєднання швидкого пересування на колесах із маневровістю крокуючих машин.

UMV складається з трьох основних структурних компонентів: голови, шиї та велосипедної рами. На відміну від звичайних велосипедів, у головній частині робота зосереджена більша частина його маси, зокрема обчислювальне обладнання, акумулятори та потужні приводи для стрибків. Просторовий механізм, що з’єднує голову з велосипедною рамою, дає роботу змогу переміщувати центр мас і змінювати орієнтацію під час руху.

Будова робота-велосипеда

Механізм складається з шиї та двох тяг, які спільно керують положенням голови відносно велосипедної рами. Два приводи забезпечують основний рух, а ще одна пара працює через тяги, забезпечуючи бічне переміщення. Ці механізми допомагають роботу створювати сили, необхідні для стрибків, і підтримувати рівновагу під час руху на одному колесі.

Ще два приводи керують кермом і приводом заднього колеса, забезпечуючи звичайний рух, подібний до велосипедного. Уся система використовує п’ять активних ступенів свободи, що дає змогу виконувати різноманітні динамічні маневри без реактивних маховиків, підніжок або інших спеціальних механізмів статичної стабілізації.

Акробатичні маневри робота на основі ШІ

Дослідники використовували навчання з підкріпленням (RL), щоб навчити UMV виконувати різні рухи в симуляції, перш ніж перенести засвоєні алгоритми керування на фізичного робота. Для навчання використовували NVIDIA Isaac Laboratory та алгоритм Proximal Policy Optimization.

Дослідники розробили чотири основні алгоритми керування: для руху, їзди на задньому колесі та підстрибування, переворотів і стрибків. Ці алгоритми керують рухами суглобів робота за допомогою контролерів нижчого рівня, що використовують пропорційно-диференціальне регулювання. Отримані навички перенесли на фізичного робота без додаткового навчання.

В одному з експериментів UMV автономно під’їхав до платформи заввишки 1 м, застрибнув на неї, проїхав поверхнею та зістрибнув униз. Він повторив цю послідовність 15 разів, продемонструвавши стабільність траєкторій стрибка під час підйому.

Також робить сальто

Робот також виконував сальто вперед, підстрибуючи та згинаючи корпус у компактнішу конфігурацію. Це зменшує його момент інерції, дозволяючи обертатися швидше. Під час маневру кутова швидкість обертання навколо осі тангажу сягала приблизно 17 радіанів за секунду, а робот завершував обертання та приземлявся менш ніж за пів секунди.

Дослідники випробовували систему в лабораторії, використовуючи обладнання для захоплення руху, щоб покращити оцінювання стану робота. Подальша робота буде зосереджена на створенні надійнішого апаратного забезпечення, вдосконаленні акумуляторів і драйверів двигунів, а також впровадженні бортових датчиків, які зменшать залежність від зовнішніх систем захоплення руху. Команда бачить потенційні сфери застосування робота в міській доставці та далекій розвідці на складній місцевості, де важливі швидкість, маневровість і здатність долати перешкоди.

Джерело: Interesting Engineering