Робота навчили рятуватися від падіння за допомогою рук

Американські інженери розробили алгоритм для двоногих роботів, що дозволяє їм використовувати поверхні, що знаходяться поруч, для утримання рівноваги. Наприклад, якщо знаходиться біля стіни робота штовхнути, він швидко розрахує оптимальний кут між частинами тіла і впреться рукою в стіну, розповідають розробники в статті, представленій на конференції ICRA 2018.

Двоногі роботи приваблюють інженерів тим, що потенційно їх можливості, наприклад, прохідність на пересіченій місцевості, вищі, ніж у колісних або гусеничних роботів. Тим не менш, поки вони знаходяться на ранньому етапі свого розвитку і навіть багато передових розробок, в тому числі беруть участь у конкурсі DARPA Robotics Challenge, погано справляються з нестандартними ситуаціями, такими як поштовхи в бік або камень, що вислизнув з під ноги. Справа в тому, що більшість двоногих роботів використовують квазістатичні рухи, при яких проекція центру мас робота завжди знаходиться всередині плями контакту ноги з поверхнею. Через це вони виходять з рівноваги при помітних відхиленнях і падають.

Як вирішення цієї проблеми інженери пропонують два різних підходи, схожих на те, як утримують рівновагу люди. Один з них передбачає використання динамічних рухів - тоді робот зберігає рівновагу, швидко переставляючи ноги. Інший підхід передбачає, що робот може використовувати для порятунку себе від падіння не тільки власні частини тіла, але і навколишні предмети, наприклад, стіни або поручні. Шихао Ван (Shihao Wang) і Кріс Хаузер (Kris Hauser) з Університету Дьюка вибрали другий підхід і навчили двоногого робота швидко аналізувати навколишню обстановку і використовувати об'єкти з неї в якості опори.

Створений інженерами алгоритм вирішує три завдання: виявляє падіння і прогнозує його напрямок, використовує руку робота для зупинки падіння і, якщо рука витягнута не дуже сильно, дозволяє роботу відштовхнутися і повернутися у вихідне положення. Розробники спростили модель, що описує робота, до трьох жорстких секцій, з'єднаних двома суглобами. Це дозволило адаптувати алгоритм для роботи в реальному часі, крім того, алгоритм працює коректно тільки при падінні рівно вбік або вперед без кручення та інших рухів.

Інженери використовували у своїй роботі готового робота ROBOTIS Darwin Mini, доповненого одноплатним комп'ютером Raspberry Pi 3, дев'ятиосевим інерційним блоком і датчиком дотику, встановленим на кінці руки. У нинішній версії робота інженери не встановили камеру або інший датчик і попередньо завантажували в нього дані про навколишні поверхні і відстані до них. Після того як алгоритм виявляє падіння, він аналізує розташування робота відносно поверхонь, що знаходяться в напрямку падіння, і підбирає таке взаємне розташування ніг, корпусу і рук, яке дозволить йому спертися об поверхню і не впасти після цього. Після зупинки робот використовує ту ж модель і аналізує, чи може він відштовхнутися від поверхні і повернутися у вихідне положення.

Інженери розповіли, що в майбутньому планують встановити в робота камери і в реальному часі аналізувати навколишню обстановку без використання попередніх даних. Крім того, вони планують доопрацювати алгоритм для виявлення падіння під час ходьби.

У 2015 році інша група американських інженерів створила алгоритм, що дозволяє двоногим роботам пом'якшувати удар при падінні. Він визначає потрібну послідовність контакту частин конструкції робота з поверхнею щоб максимально знизити силу удару. При цьому в деяких випадках робот не тільки витягує руки вперед, а й перекочується через спину.