Das Erstellen eines Roboters, der akrobatische Bewegungen wie Flips oder Drehsprünge ausführen kann, kann eine große Herausforderung sein. Tatsächlich erfordern diese Roboter in der Tat ausgefeilte Hardware-Designs, Bewegungsplaner und Steuerungsalgorithmen.
Forscher am Massachusetts Institute of Technologie (MIT) und die University of Massachusetts Amherst haben kürzlich einen neuen humanoiden Roboter entwickelt, der von einem aktuatorbewussten kinodynamischen Bewegungsplaner und einer Landesteuerung unterstützt wird. Dieses Design, das in einem vorab auf arXiv veröffentlichten Artikel vorgestellt wurde, könnte es dem humanoiden Roboter ermöglichen, Rückwärtssaltos und andere akrobatische Bewegungen auszuführen.
„In dieser Arbeit haben wir versucht, einen realistischen Steuerungsalgorithmus zu entwickeln, mit dem ein echter humanoider Roboter akrobatisches Verhalten wie Zurück / Front / Side-Flip, Drehsprung und Sprung über ein Hindernis ausführen kann“, so Donghyun Kim, einer der Forscher wer entwickelte die Software und Steuerung des Roboters. „Dazu haben wir zunächst experimentell die Leistung des Stellantriebs ermittelt und dann die Hauptbeschränkungen in unserem Bewegungsplaner dargestellt.“
Um hochdynamische Verhaltensweisen auszuführen, müssen Roboter normalerweise Aktuatoren effizient einsetzen. Die meisten vorhandenen Roboterkonstruktionen berücksichtigen jedoch nicht vollständig die hardwarebezogenen Herausforderungen und Aspekte, wie z. B. den Spannungsabfall, der bei Bewegungen mit hohem Drehmoment / hoher Geschwindigkeit auftreten kann.
Kim und sein Kollege entwickelten eine neue Methode, mit der die mit hochdynamischen Roboterverhalten während der Bewegungsplanung und -steuerung verbundenen Einschränkungen bewältigt werden können. In Kombination mit dem von ihnen vorgeschlagenen humanoiden Roboterdesign könnte diese Methode dynamischere Bewegungen wie Akrobatik ermöglichen.
"Der bemerkenswerteste Unterschied zwischen dem neuen humanoiden Roboter, den wir entwickelt haben, und anderen humanoiden Robotern, die in der Vergangenheit entwickelt wurden, sind die Aktuatoren", sagte Kim. „Die Aktuatortechnologien wurden dramatisch verbessert, und wir haben die herausragende Leistung der Vierbeinroboter MIT Cheetah 1, 2, 3 und Mini-Cheetah-Roboter unter Beweis gestellt. Dieselbe Aktuatortechnologie, die sich durch eine hohe Rückfahrbarkeit, eine schnelle und genaue Drehmomentregelung sowie einen kompakten und robusten Formfaktor auszeichnet, wird auch für den neuen humanoiden Roboter verwendet. “
Im Gegensatz zu anderen in der Vergangenheit entwickelten humanoiden Robotern ist der neue Roboter, der von einem der Forscher des Teams, Sangbae Kim, entwickelt wurde, äußerst dynamisch und effizient. Dies sollte es ermöglichen, anspruchsvollere und komplexere Aufgaben zu erledigen.
"Das Ausführen dynamischer Bewegungen ist für Roboter eine Herausforderung, da ihr Bediener zuerst die Korrelation zwischen Hardware und Software verstehen muss", sagte Donghyun Kim. „In dieser Arbeit haben wir versucht, die kritischen Hardwaregrenzen bei dynamischen Bewegungen in unserem Steueralgorithmus auf der Grundlage der gesammelten Erfahrung und des Wissens über Roboterhardware zu beseitigen.“
Kim und seine Kollegen haben ihr Roboterdesign, ihren Bewegungsplaner und ihre Landesteuerung in realistischen Simulationen getestet. Ihre Ergebnisse sind vielversprechend, da sie zeigen, dass der humanoide MIT-Roboter in der Lage sein sollte, eine Vielzahl von akrobatischen Verhaltensweisen auszuführen, einschließlich Backflips, Frontflips und Drehsprüngen.
In Zukunft könnte sich der humanoide Roboter des MIT als hocheffizient erweisen, um eine Vielzahl komplexer Missionen zu erfüllen. In der Zwischenzeit planen die Forscher, ihr Design, ihren Bewegungsplaner und ihren Steuerungsalgorithmus in realen Szenarien zu testen.
"Wir werden jetzt den entwickelten Steuerungsalgorithmus im realen Roboter testen und die dynamische Fähigkeit von Robotern mit Beinen weiter vorantreiben", sagte Kim. „Wir planen auch, ein Wahrnehmungssystem in unsere Kontrolle aufzunehmen Algorithmus, damit Roboter besser auf Veränderungen in der äußeren Umgebung reagieren können. “