متنوع

العلماء يكسرون الإطار للتحكم في حركة الساق من MicroRobots

العلماء يكسرون الإطار للتحكم في حركة الساق من MicroRobots

الحيوانات التي تعيش وتتحرك بشكل أساسي على الأرض تتنقل عبر تضاريسها الطبيعية باستخدام مجموعة من مسارات الساق المعقدة.

تتأثر مسارات أرجل الحيوانات الفردية بمجموعة متنوعة من العوامل بما في ذلك وضع الحيوان ورؤية الساق والورك وكذلك الكاحل وشكل القدم وقدرات التشغيل.

غالبًا ما يكون تقليد هذه الحركات بالنسبة لمهندسي الروبوتات أمرًا صعبًا للغاية نظرًا لوجود العديد من الاحتمالات. أصبحت المهمة أسهل قليلاً بفضل فريق من الباحثين من جامعة هارفارد ومعهد Wyss للهندسة المستوحاة بيولوجيًا الذين طوروا إطارًا فعالًا من الناحية الحسابية لتقدير ومراقبة مسارات الساق على روبوت رباعي الأرجل.

عمل العلماء لتقليد الحيوانات بشكل أفضل

لقد نشروا نتائجهم مسبقًا على موقع arXiv. توضح الورقة بالتفصيل كيف حققوا تقديرًا دقيقًا للموضع والتحكم فيه ، حيث تحرك الروبوت عبر نطاق واسع من ترددات الخطوات (10-50 هرتز).

وكتب الباحثون في ورقتهم: "تعدل الحيوانات أيضًا مسارات أرجلها لتلبية متطلبات الأداء مثل السرعة والاستقرار والاقتصاد ، وكذلك للتكيف مع العوامل الخارجية مثل نوع التضاريس وخصائص السطح".

"مستوحاة من نظرائهم البيولوجيين ، الروبوتات الكبيرة (طول الجسم ~ 100 سم) ذات قدمين ورباعية الأرجل لديها درجتان أو أكثر من الحرية (DOF) لكل ساق لتمكين مسارات معقدة للساق."

في الماضي ، كان بإمكان معظم الروبوتات ذات الأرجل الصغيرة فقط تحقيق الحركة إلى الأمام من خلال مسارات الساق الميكانيكية المضبوطة بعناية. ومع ذلك ، فإن التحسينات الأخيرة في التصنيع مكنت من الترددات المتعددة الخطوات في الروبوتات الصغيرة.

يتم استخدام مجموعة متنوعة من أنظمة التحكم للروبوتات ذات الأرجل الصغيرة لتحقيق حركة قابلة للتعديل على تضاريس مختلفة ؛ وتشمل هذه خوارزميات التحسين ، وأجهزة التحكم باستخدام النماذج الحركية العشوائية وخوارزميات التعلم المعزز العميق.

روبوت هامر قاعدة مثالية لفرضية القاطرة

على الرغم من وجود العديد من الروبوتات الناجحة التي تم إنشاؤها باستخدام هذه التقنيات ، إلا أن كل منها يأتي بمجموعة من القيود الخاصة به. يهدف البحث الجديد إلى تحسين روبوت هارفارد المتنقل (HAMR) ، الذي يستخدم مشغلات الانحناء الكهرضغطية ذات النطاق الترددي العالي بحيث يمكنه تحقيق حركة فعالة عند ترددات خطوات متعددة.

كتب الباحثون في ورقتهم البحثية: "في هذا العمل ، نستفيد من الاستشعار المتزامن للتشغيل الكهرضغطية لتطوير إطار عمل فعال حسابيًا لتقدير ومراقبة مسارات الساق على روبوت رباعي الأضلاع".

"نظهر تقديرًا دقيقًا للموضع (<16٪ خطأ متوسط ​​التربيعي) والتحكم (<16٪ خطأ تتبع جذر متوسط ​​التربيع) أثناء التنقل عبر نطاق واسع من ترددات الخطوات (10-50 هرتز)."

يبلغ طول روبوت هامر 4.5 سم بأربعة أرجل ووزنه 1.4 جرام. تحتوي كل من أرجلها على اثنين من DOF ، يتم تشغيلهما بواسطة مشغلات الانحناء الكهرضغطية التي يتم التحكم فيها بإشارات جهد التيار المتردد. يقدّر النهج الجديد مواضع ساق الروبوتات وسرعتها ، ثم يولد مجموعة متنوعة من مسارات الساق لتحسين الحركة بناءً على هذه التقديرات.

كتب الباحثون: "في المستقبل ، نهدف إلى استخدام وحدة التحكم منخفضة المستوى هذه جنبًا إلى جنب مع تحسين المسار لتصميم مسارات مجدية للساق تعمل على تحسين تكلفة معينة (مثل السرعة ، COT ، إلخ) في حالة تشغيل معينة".

"يمكن أن يؤدي هذا إلى أتمتة المهمة الصعبة المتمثلة في تصميم مسارات الساق المناسبة لنظام أرجل معقد ويؤدي إلى أداء أفضل للحركة."


شاهد الفيديو: المحرك المغناطيسي الدائم الحركه فكره تحتاج تطوير (ديسمبر 2021).