Чотирилапий робот навчився автономно перестрибувати перешкоди на маршруті

Американські інженери навчили чотирилапого робота автономно перестрибувати перешкоди. Його планувальник маршруту складається з двох елементів, один з яких прокладає піший маршрут по тій області, де немає перешкод, а другий відповідає за розрахунок траєкторії стрибка через не дуже високі перешкоди. Стаття буде представлена на конференції CASE 2021, але вже доступна на arXiv.org.

Розробники чотириногих роботів позиціонують їх як інструмент для огляду важкодоступної і небезпечної для людини місцевості, тому що вони краще колісних роботів справляються з нерівним рельєфом і перешкодами на шляху, переступаючи або підіймаючи на них. Також чотирилапі роботи, принаймні деякі з них, здатні стрибати. Наприклад, у 2019 році розробники Mini Cheetah з Массачусетського технологічного інституту показали, як він навчився робити зворотне сальто, а пізніше це ж продемонструвала Unitree Robotics. Але поки стрибки - це лише ефектна демонстрація досягнень, яка не використовується в чотирилапих роботах в якості одного з типів рухів.

Інженери з Каліфорнійського університету в Берклі під керівництвом Кушиля Сріната (Koushil Sreenath) показали на прикладі Mini Cheetah як стрибки можна інтегрувати в алгоритм автономного прокладання маршруту чотирилапого робота. Сам робот являє собою модельний пристрій для відпрацювання алгоритмів і в ньому використана стандартна для таких роботів конструкція з двосекційними ногами, які приводяться в рух електромоторами.

У роботі інженерів з Берклі також була встановлена камера глибини. З її допомогою робот створює 3D- і 2D-карти простору перед ним. Завдяки визначенню глибини на знімках він розмічає простір на вокселах (тривимірний аналог пікселів), а також створює з них почесну карту, в якій відображена висота об'єктів. Отримавши від людини точку, в яку їй необхідно прийти, робот розраховує маршрут, спираючись на висоту об'єктів - якщо перешкода на шляху занадто висока, він будує маршрут в обхід, а якщо його можна перестрибнути, воно позначається як прохідне і маршрут будується через нього. Також алгоритм оцінює висоту перешкод зверху: наприклад, якщо на шляху є отвір у вигляді віконця, то алгоритм розраховує, чи не зіткнеться робот з верхньою частиною під час стрибка.

Після того, як робот підійшов до перешкоди, він запускає послідовність стрибка: відштовхується передніми ногами, піднімаючи передню частину корпусу, потім відштовхується задніми ногами і переходить у фазу польоту, під час якої уникає зіткнення ніг з перешкодою, а в кінці приземляється на всі чотири ноги.

Експерименти показали, що разом з набором датчиків масою 2,25 кілограм робот перестрибує перешкоди висотою до 13 сантиметрів, а без датчиків йому під силу подолати 24-сантиметрові перепони.

Поступово інженери роблять доступними для чотириногих роботів все нові рухи. Наприклад, минулого року італійські та бельгійські розробники навчили робота балансувати на двох ногах з чотирьох.