In un salto per lo sviluppo del robot, i ricercatori del MIT che hanno costruito un ghepardo robot sono ormai addestrati per vedere e saltare sopra le transenne come funziona, rendendo questo il primo robot a quattro zampe a correre e saltare oltre gli ostacoli in modo autonomo.
Per ottenere un salto in corsa, il robot in programma il suo percorso, molto simile a un corridore umano: come rileva un ostacolo si avvicina, si stima che l’altezza e la distanza dell’oggetto. Il robot misura la migliore posizione da cui saltare, e regola il suo passo a terra poco meno dell’ostacolo, prima di esercitare abbastanza forza per spingere verso l’alto e oltre. Sulla base altezza dell’ostacolo, il robot applica quindi una certa forza per atterrare in sicurezza, prima di riprendere il suo ritmo iniziale.
In esperimenti su un tapis roulant e una pista al coperto, il robot ghepardo eliminato con successo gli ostacoli fino a 18 pollici di altezza, più della metà della propria altezza, mentre il robot mantenere una velocità media di funzionamento di 5 miglia all’ora.
“Un salto in corsa è un comportamento veramente dinamico”, afferma Sangbae Kim, un assistente professore di ingegneria meccanica al MIT. “È necessario gestire l’equilibrio ed energia, ed essere in grado di gestire l’impatto dopo l’atterraggio. Il nostro robot è specificamente progettato per quei comportamenti altamente dinamici.”
Kim e dei suoi colleghi, tra cui la ricerca scienziato Hae vinto Park e postdoc Patrick Wensing-dimostreranno salto in corsa del loro ghepardo al DARPA Robotics Challenge nel mese di giugno, e presenterà un documento in dettaglio il sistema autonomo di luglio ai Robotica conferenza: e Sistemistica.
Vedi, correre, saltare
Lo scorso settembre, il gruppo ha dimostrato che il ghepardo robot è stato in grado di eseguire untethered, una prodezza che Kim osserva il robot esegue “alla cieca”, senza l’uso di telecamere o altri sistemi di visione.
Ora, il robot può “vedere”, con l’uso di bordo LIDAR-un sistema visivo che utilizza riflessi da un laser per mappare terreno. Il team ha sviluppato un algoritmo in tre parti per pianificare il percorso del robot, in base ai dati LIDAR. Sia la visione e il sistema di percorso di pianificazione sono a bordo del robot, dando completa controllo autonomo.
Il primo componente dell’algoritmo consente al robot di rilevare un ostacolo e valutarne le dimensioni e distanza. I ricercatori hanno elaborato una formula per semplificare una scena visiva, rappresentando la superficie come una linea retta, e eventuali ostacoli come deviazioni da quella linea. Con questa formula, il robot può stimare l’altezza e la distanza di un ostacolo da sé.
Una volta che il robot ha rilevato un ostacolo, il secondo componente dell’algoritmo calci, consentendo al robot di regolare il suo approccio al momento dell’avvicinamento dell’ostacolo. In base alla distanza dell’ostacolo, l’algoritmo prevede la migliore posizione dalla quale saltare per sicuro chiaro, quindi backtracks da lì distanziare rimanenti passi del robot, accelerando o rallentando per raggiungere il punto di partenza ottimale .
Questa “algoritmo di regolazione approccio” corre al volo, ottimizzando il passo del robot ad ogni passo. Il processo di ottimizzazione richiede circa 100 millisecondi per completare-circa la metà del tempo di un singolo passo.
Quando il robot raggiunge il punto di partenza, il terzo componente dell’algoritmo subentra per determinare la traiettoria di salto. Sulla base di altezza di un ostacolo, e la velocità del robot, i ricercatori hanno trovato una formula per determinare la quantità di forza motori elettrici del robot deve esercitare per lanciare in modo sicuro il robot sopra l’ostacolo. La formula manovelle essenzialmente la forza applicata in normale andatura di delimitazione del robot, che Kim osserva è essenzialmente “esecuzioni sequenziali di piccoli salti.”
Ottimale è meglio, fattibile è meglio
È interessante notare, Kim dice l’algoritmo non fornisce un controllo ottimale salto, ma piuttosto, solo uno fattibile.
“Se si desidera ottimizzare per, diciamo, l’efficienza energetica, si vorrebbe che il robot per cancellare malapena l’ostacolo, ma questo è pericoloso, e di trovare una soluzione veramente ottimale sarebbe prendere un sacco di tempo di calcolo”, dice Kim. “In corsa, non vogliamo spendere un sacco di tempo per trovare una soluzione migliore. Abbiamo appena vogliamo uno che è fattibile.”
A volte, che significa che il robot può saltare molto più alta di quanto dovrebbe, e va bene, secondo Kim: “. Siamo troppo ossessionati con soluzioni ottimali Questo è un esempio in cui devi solo essere abbastanza buono, perché sei in esecuzione, e devono prendere una decisione molto rapidamente. “
Il team ha testato la capacità di salto del ghepardo MIT prima su un tapis roulant, poi su una pista. Sul tapis roulant, il robot ha legato al suo posto, come ricercatori disposti ostacoli di varie altezze sul nastro. Come il treadmill sé era solo di circa 4 metri, il robot, in esecuzione nel mezzo, aveva solo 1 metro di cui rilevare l’ostacolo e pianificare il suo salto. Dopo più esecuzioni, il robot riesce con successo circa il 70 per cento degli ostacoli.
In confronto, prove su una pista coperta dimostrato molto più semplice, come il robot aveva più spazio e tempo in cui vedere, approccio e chiari ostacoli. In queste prove, il robot riesce correttamente circa il 90 per cento di ostacoli.
Kim sta lavorando per ottenere il ghepardo MIT a saltare ostacoli durante la corsa su un terreno più morbido, come un campo erboso.
