Новый робот, известный как «Mini Rover», имеет колесные части, которые можно поднимать, и колеса, способные «покачиваться». Он разработал и протестировал сложные методы передвижения, достаточно надежные, чтобы помочь ему взбираться на холмы, покрытые таким зернистым материалом, и избегать столкновений с ними. риск позорно застрять на какой-нибудь далекой планете или луне.
Используя сложное движение, которое исследователи назвали «педалированием заднего вращателя», робот может подниматься по склону, используя свой уникальный дизайн, сочетающий греблю, ходьбу и вращение колес.
Поведение марсохода было смоделировано с использованием раздела физики, известного как террадинамика.
«Когда сыпучие материалы текут, это может создать проблемы для роботов, движущихся по нему», – сказал Дэн Голдман, профессор семьи Данн в Школе физики Технологического института Джорджии. "У этого марсохода достаточно степеней свободы, чтобы он мог довольно эффективно преодолевать заторы.
Путем схода лавин с передних колес он создает для задних колес локальный жидкий холм, который не такой крутой, как настоящий уклон.
Марсоход всегда самогенерируется и самоорганизуется, и это хороший холм для себя."
Об исследовании будет опубликовано 13 мая в обложке журнала Science Robotics. Работа была поддержана Национальной робототехнической инициативой НАСА и Управлением армейских исследований.
Робот, созданный Космическим центром имени Джонсона НАСА, впервые смог вращать свои колеса, подметать поверхность этими колесами и поднимать каждый из своих колесных отростков, где это необходимо, создавая широкий диапазон потенциальных движений. Используя собственные 3D-принтеры, исследователи из Технологического института Джорджии в сотрудничестве с Космическим центром Джонсона воссоздали эти возможности в уменьшенном транспортном средстве с четырехколесными придатками, приводимыми в движение 12 различными двигателями.
«Марсоход был разработан с модульной мехатронной архитектурой, коммерчески доступными компонентами и минимальным количеством деталей», – сказал Сиддхарт Шривастава, студент Джорджа из технологического института Джорджии.
Школа машиностроения Вудраффа. "Это позволило нашей команде использовать нашего робота в качестве надежного лабораторного инструмента и сосредоточить наши усилия на изучении творческих и интересных экспериментов, не беспокоясь о повреждении марсохода, простоях обслуживания или ограничении производительности."
Широкий диапазон движений марсохода дал исследовательской группе возможность протестировать множество вариантов, которые были изучены с использованием детальных измерений силы сопротивления и модифицированной теории силы сопротивления.
Шривастава и Школа Физики Ph.D. кандидат Андрас Карсай начал с походок, исследованных роботом NASA RP15, и смог экспериментировать со схемами передвижения, которые нельзя было проверить на полноразмерном вездеходе.
Исследователи также протестировали свою экспериментальную походку на склонах, предназначенных для имитации планетных и лунных холмов, используя систему псевдоожиженного слоя, известную как SCATTER (Систематическое создание произвольной местности и тестирование исследовательских роботов), которую можно было наклонять, чтобы оценить роль контроля гранулированного субстрата. Карсай и Шривастава сотрудничали с Ясемин Озкан-Айдыном, научным сотрудником лаборатории Голдмана, чтобы изучить движение марсохода на испытательном стенде SCATTER.
«Создав небольшого робота с возможностями, аналогичными марсоходу RP15, мы смогли протестировать принципы передвижения различными походками в контролируемой лабораторной среде», – сказал Карсай. «В наших тестах мы в первую очередь меняли походку, среду передвижения и наклон, по которому робот должен был подняться.
Мы быстро перебрали многие стратегии походки и условия местности, чтобы изучить возникающие явления."
В статье авторы описывают походку, которая позволяла марсоходу подниматься по крутому склону, при этом передние колеса взбалтывали зернистый материал – семена мака для лабораторных испытаний – и толкали их обратно к задним колесам.
Задние колеса покачивались из стороны в сторону, поднимались и вращались, создавая движение, напоминающее греблю в воде. Материал, проталкиваемый к задним колесам, эффективно изменял уклон, по которому задние колеса должны были подниматься, позволяя марсоходу уверенно двигаться вверх по холму, что могло бы остановить простого колесного робота.
Эксперименты предоставили вариант более ранней робототехнической работы в группе Гольдмана, которая включала передвижение ногами или ластами, при этом особое внимание уделялось как можно меньшему нарушению гранулированных поверхностей, чтобы робот не застрял.
«В наших предыдущих исследованиях чистоногих роботов, смоделированных на животных, мы как бы поняли, что секрет заключается в том, чтобы не создавать беспорядка», – сказал Голдман. "Если вы в конечном итоге создаете слишком много беспорядка с большинством роботов, вы в конечном итоге просто гребете и копаетесь в гранулированном материале. Мы обнаружили, что если вы хотите быстро передвигаться, вам следует попытаться сохранить материал как можно более твердым, настроив параметры движения."
Но простые движения оказались проблематичными для марсоходов, которые застряли в сыпучих материалах.
Голдман говорит, что походка, обнаруженная Шриваставой, Карсаем и Озкан-Айдыном, может помочь будущим марсоходам избежать этой участи.
«Эта комбинация подъема, поворота и гребли при правильном использовании дает возможность поддерживать некоторый прогресс, даже если он медленный», – сказал Голдман. «В ходе наших лабораторных экспериментов мы продемонстрировали принципы, которые могут привести к повышению надежности при исследовании планет – и даже на сложных поверхностях на нашей собственной планете."
Исследователи надеются затем распространить необычные походки на более крупные роботы и исследовать идею совместного изучения роботов и их локализованной среды. «Мы хотели бы рассматривать локомотор и окружающую его среду как единое целое», – сказал Голдман. "Безусловно, есть несколько интересных вопросов физики гранулированной и мягкой материи, которые стоит изучить."
Хотя Mini Rover был разработан для изучения Луны и планет, извлеченные уроки также могут быть применимы к наземному перемещению – области, представляющей интерес для Исследовательской лаборатории армии США, одного из спонсоров проекта.
«Фундаментальные исследования раскрывают противоречащие интуиции принципы и новые подходы к перемещению и гранулярному вторжению в сложную и податливую местность», – сказал доктор.
Сэмюэл Стэнтон, руководитель программы, Управление армейских исследований, член U.S. Лаборатория армейских исследований Командования развития боевых возможностей армии. "Это может привести к появлению новых платформ, учитывающих особенности местности, способных интеллектуально переключаться между колесным и ножным режимами движения для поддержания высокого рабочего темпа."
Помимо уже упомянутого, исследователи работали с Робертом Амброузом и Уильямом Блотманном в НАСА и отправились в АО НАСА, чтобы изучить полноразмерный марсоход НАСА.