Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Robot cheetah mini mới có lò xo và ánh sáng trên đôi chân của nó, với một loạt các chuyển động cạnh tranh với một vận động viên thể dục vô địch. Powerpack bốn chân có thể uốn cong và xoay chân rộng, cho phép nó đi lên phía bên phải hoặc lộn ngược. Robot cũng có thể chạy nhanh trên địa hình không bằng phẳng, nhanh gấp đôi tốc độ đi bộ của một người bình thường.
Chỉ nặng 20 pound – nhẹ hơn một số con gà tây trong Lễ Tạ ơn – bộ tứ khập khiễng không có lực đẩy: Khi bị đá xuống đất, robot có thể nhanh chóng tự điều chỉnh bằng một cú vung nhanh như kung-fu của khuỷu tay.
Có lẽ ấn tượng nhất là khả năng thực hiện cú nhảy lùi 360 độ từ vị trí đứng. Các nhà nghiên cứu khẳng định Mini cheetah được thiết kế là “hầu như không thể phá hủy”, phục hồi với ít thiệt hại, ngay cả khi một cú nhảy ngược kết thúc trong sự cố tràn.
Trong trường hợp chân tay hoặc động cơ bị gãy, Mini cheetah được thiết kế theo mô đun: Mỗi chân của robot được cung cấp bởi ba động cơ điện giống hệt, chi phí thấp mà các nhà nghiên cứu chế tạo bằng cách sử dụng các bộ phận bên ngoài. Mỗi động cơ có thể dễ dàng được trao đổi cho một cái mới.
“Bạn có thể đặt các bộ phận này lại với nhau, gần giống như Legos”, nhà phát triển chính Benjamin Katz, một cộng tác viên kỹ thuật tại Khoa Cơ khí của MIT nói.
Các nhà nghiên cứu sẽ trình bày thiết kế của Mini cheetah tại Hội nghị quốc tế về Robotics và Tự động hóa, vào tháng 5. Họ hiện đang chế tạo thêm nhiều máy bốn chân, nhắm đến một bộ 10 chiếc, mỗi chiếc mà họ hy vọng sẽ cho các phòng thí nghiệm khác mượn.
“Một phần lớn lý do tại sao chúng tôi chế tạo robot này là nó giúp cho việc thử nghiệm và thử những thứ điên rồ rất dễ dàng, bởi vì robot siêu mạnh mẽ và không dễ dàng phá vỡ, và nếu nó bị hỏng, nó rất dễ và không tốn kém để sửa chữa, “Katz, người làm việc về robot trong phòng thí nghiệm của Sangbae Kim, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí nói.
Kim nói rằng việc cho mượn những Mini cheetah cho các nhóm nghiên cứu khác cho các kỹ sư cơ hội thử nghiệm các thuật toán mới và thao tác trên một robot rất năng động, mà họ có thể không có quyền truy cập.
“Cuối cùng, tôi hy vọng chúng ta có thể có một cuộc đua chó robot thông qua một khóa học vượt chướng ngại vật, trong đó mỗi đội điều khiển một Mini cheetah với các thuật toán khác nhau và chúng ta có thể thấy chiến lược nào hiệu quả hơn”, Kim nói. “Đó là cách bạn tăng tốc nghiên cứu.”
Cheetah mini không chỉ là một phiên bản thu nhỏ của người tiền nhiệm Cheetah 3, một robot lớn, nặng, ghê gớm, thường cần được ổn định với các tethers để bảo vệ các bộ phận được thiết kế tùy chỉnh đắt tiền của nó.
“Trong Cheetah 3, mọi thứ đều siêu tích hợp, vì vậy nếu bạn muốn thay đổi điều gì đó, bạn phải thực hiện một tấn thiết kế lại,” Katz nói. “Trong khi với Mini cheetah, nếu bạn muốn thêm một cánh tay khác, bạn có thể chỉ cần thêm ba hoặc bốn động cơ mô-đun nữa.”
Katz đã đưa ra thiết kế động cơ điện bằng cách cấu hình lại các bộ phận thành các động cơ nhỏ, có sẵn trên thị trường thường được sử dụng trong máy bay không người lái và máy bay điều khiển từ xa.
Mỗi động cơ trong số 12 động cơ của robot có kích thước bằng nắp bình Mason và bao gồm: stato hoặc bộ cuộn dây tạo ra từ trường quay; một bộ điều khiển nhỏ truyền tải dòng điện của stato sẽ tạo ra; một cánh quạt, được lót bằng nam châm, quay cùng với trường của stato, tạo ra mô-men xoắn để nâng hoặc xoay một chi; một hộp số cung cấp giảm tốc 6: 1, cho phép rôto cung cấp mô-men xoắn gấp sáu lần so với bình thường; và một cảm biến vị trí đo góc và hướng của động cơ và chi liên quan.
Mỗi chân được cung cấp bởi ba động cơ, để cung cấp cho nó ba bậc tự do và một phạm vi chuyển động khổng lồ. Thiết kế nhẹ, mô-men xoắn cao, quán tính thấp cho phép robot thực hiện các thao tác nhanh, năng động và tạo ra các lực tác động mạnh trên mặt đất mà không làm vỡ hộp số hoặc tay chân.
“Tốc độ mà nó có thể thay đổi lực trên mặt đất thực sự rất nhanh”, Katz nói. “Khi nó chạy, chân của nó chỉ ở trên mặt đất trong khoảng 150 mili giây mỗi lần, trong đó máy tính bảo nó tăng lực lên bàn chân, sau đó thay đổi nó để giữ thăng bằng, và sau đó giảm lực đó thật nhanh để nâng Vì vậy, nó có thể làm những thứ thực sự năng động, như nhảy lên không trung mỗi bước hoặc chạy bằng hai chân trên mặt đất một lúc. Hầu hết các robot không có khả năng làm điều này, vì vậy di chuyển chậm hơn nhiều. “
Các kỹ sư đã điều khiển Mini cheetah thông qua một số thao tác, đầu tiên thử nghiệm khả năng chạy của nó thông qua hành lang của Phòng thí nghiệm Pappalardo của MIT và dọc theo mặt đất của Tòa án Killian không bằng phẳng.
Trong cả hai môi trường, các ràng buộc bốn chân cùng lúc khoảng 5 dặm một giờ. Các khớp của robot có khả năng quay nhanh hơn ba lần, với lượng mô-men xoắn gấp đôi và Katz ước tính robot có thể chạy nhanh gấp đôi với một chút điều chỉnh.
Nhóm nghiên cứu đã viết một mã máy tính khác để điều khiển robot kéo dài và xoắn theo các cấu hình khác nhau, giống như yoga, cho thấy phạm vi chuyển động và khả năng xoay các chi và khớp của nó trong khi duy trì sự cân bằng. Họ cũng lập trình cho robot phục hồi sau một lực bất ngờ, chẳng hạn như một cú đá sang một bên. Khi các nhà nghiên cứu đá robot xuống đất, nó sẽ tự động tắt.
Khi nhận được tín hiệu để khởi động lại, trước tiên, robot sẽ xác định hướng của nó, sau đó thực hiện thao tác cúi người được lập trình sẵn hoặc thao tác xoay khuỷu tay để tự điều chỉnh trên tất cả bốn chân.
Katz và đồng tác giả Jared Di Carlo, một sinh viên khoa Khoa học máy tính và khoa học máy tính (EECS), đã tự hỏi liệu robot có thể thực hiện các thao tác có tác động cao hơn hay không. Lấy cảm hứng từ một lớp học mà họ đã tham gia vào năm ngoái, được giảng dạy bởi Giáo sư EECS, Russ Tedrake, họ đã thiết lập về việc lập trình Mini cheetah để thực hiện một cú nhảy lùi.
“Chúng tôi nghĩ rằng nó sẽ là một thử nghiệm tốt về hiệu suất của robot, bởi vì nó tốn rất nhiều sức mạnh, mô-men xoắn và có những tác động rất lớn khi kết thúc một cú lật”, Katz nói.
Nhóm nghiên cứu đã viết một “tối ưu hóa quỹ đạo khổng lồ, phi tuyến, ngoại tuyến” kết hợp các khả năng động lực và cơ cấu chấp hành của robot và chỉ định một quỹ đạo trong đó robot sẽ bắt đầu theo một hướng nhất định, từ bên phải và cuối cùng lật 360 độ . Chương trình họ đã phát triển sau đó đã giải quyết tất cả các điểm cần thiết được áp dụng cho từng khớp, từ từng động cơ riêng lẻ và tại mỗi khoảng thời gian giữa bắt đầu và kết thúc, để thực hiện backflip.
“Lần đầu tiên chúng tôi thử nó, nó đã hoạt động một cách kỳ diệu”, Katz nói.
“Điều này là siêu thú vị,” Kim nói thêm. “Hãy tưởng tượng Cheetah 3 đang thực hiện một cú backflip – nó sẽ sụp đổ và có thể phá hủy máy chạy bộ. Chúng ta có thể làm điều này với Mini cheetah trên máy tính để bàn.”
Nhóm đang xây dựng thêm khoảng 10 Mini cheetah, mỗi nhóm dự định sẽ cho các nhóm hợp tác mượn và Kim dự định thành lập một nhóm nghiên cứu cheetah mini gồm các kỹ sư, những người có thể phát minh, trao đổi và thậm chí cạnh tranh với những ý tưởng mới.
Trong khi đó, nhóm MIT đang phát triển một hoạt động khác, thậm chí có tác động cao hơn.
Katz nói: “Bây giờ chúng tôi đang làm việc trên một bộ điều khiển hạ cánh, ý tưởng là tôi muốn có thể nhặt robot và ném nó, và chỉ cần đặt nó hạ cánh trên đôi chân của nó”. “Giả sử bạn muốn ném robot vào cửa sổ tòa nhà và đưa nó đi khám phá bên trong tòa nhà. Bạn có thể làm điều đó.”
Video: https://www.youtube.com/watch?v=xNeZWP5Mx9s
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Massachusetts . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.