Робот Salto, який стрибав без зупинки, навчився зупинятися

Американські та італійські інженери навчили одноногого робота Salto-1P після стрибка приземлятися в запланованій точці з великою точністю і зупинятися, не падаючи. Раніше робот міг стрибати тільки без зупинки. Розробники представили статтю про нові здібності робота на конференції ICRA 2020 (препринт доступний на сайті університету), а також розповіли про них в інтерв'ю для IEEE Spectrum.

Salto - це одноногий стрибаючий робот, першу версію якого американські інженери представили в 2016 році і потім модифікували. Сучасна версія Salto-1P управляє своїми стрибками і місцем приземлення за допомогою трисекційної ноги з електромотором у підставі, маховика на боці і двох бічних гвинтів. Це дозволяло роботу досить точно розраховувати свої стрибки і скакати по об'єктах з різною висотою. Але раніше для збереження стабільності йому було необхідно постійно стрибати, і для зупинки його або ловили руками в повітрі, або направляли в сітку.

У новій версії алгоритму управління інженери під керівництвом Рональда Ферінга (Ronald Fearing) з Каліфорнійського університету в Берклі значно підвищили точність приземлення робота і навчили його зупинятися після цього, а не відштовхуватися і стрибати далі. Основні поліпшення стосуються контролю моменту імпульсу. Для цього робот точно розраховує і коригує маховиком кут свого нахилу до моменту приземлення так, щоб після торкання підлоги момент імпульсу був невеликим і достатнім для того, щоб робот перейшов у вертикальне положення. Якщо кут у момент торкання підлоги буде менше потрібного, тобто робот буде ближче до вертикального положення, момент імпульсу буде занадто великим, щоб маховик зміг його погасити, і робот закрутиться і звалиться далі по траєкторії.

Крім цього розробники доопрацювали розрахунки рівня підпружиненості ноги в момент приземлення, а також розрахунок кута при початку стрибка. Останній елемент важливий, тому що після відриву робот може контролювати тільки своє обертання, а траєкторію центру мас він вже поміняти нездатний, тому точка приземлення залежить саме від початкової фази.

Поліпшення в розрахунках початкової фази стрибка дозволили зменшити середньоквадратичне відхилення від розрахункової точки приземлення з 9,2 до 1,6 сантиметра. А кращий контроль за рогом нахилу при приземленні дозволив роботу зупинятися і виконувати по кілька точних стрибків поспіль, чого було б складно досягти без можливості зупинки.

У цій роботі робот проводив розрахунки, спираючись не тільки на свої свідчення, але і на точну зовнішню систему захоплення рухів. Але торік розробники створили повністю незалежну версію робота і продемонстрували ролик, на якому він кілька сотень стрибків поспіль пересувається вулицею.