Специалисты компании Disney Research, совместно с
исследователями из некоторых других организаций, разработали робота, в
конструкции которого использованы гидростатические привода нового типа, дающие
ему почти человеческое изящество, плавность и точность движений. Новые привода,
объединяющие гидравлические и пневматические элементы, помимо простоты их
конструкции, способны обеспечивать большее количество степеней свободы,
точность движений, деликатность захвата и удержания хрупких предметов.
Во всей современной робототехнике, развитие которой было
начато еще в 1945 году, используется три основных типа двигательных систем,
электрический, пневматический и гидравлический. У каждого из этих типов имеется
свой ряд технических ограничений и преимуществ в области возможности
обеспечения обратной связи и контроля совершаемых движений.
Робот
Самыми плохими показателями обладают пневматические
системы, электрические системы демонстрируют промежуточные показатели.
Гидравлика, с другой стороны, может превратить в Геркулеса любого робота, она
обеспечивает достаточно высокую точность и предоставляет возможности для
реализации обратных связей. Однако гидравлические системы не могут похвастаться
компактностью, они достаточно громоздки и тяжеловесны.
Исследовательская группа Disney Research, возглавляемая
Джоном П. Уитни (John P. Whitney) из Северо-восточного университета,
разработала конструкцию гидравлическо-пневматического привода, в котором были
собраны все положительные черты двух различных систем. Вместо суставов,
управляемых парой гидравлических клапанов, в новом приводе гидравлика работает
только для обеспечения движения по его оси в одном направлении, возврат же
привода в исходное положение производится при помощи пневматической линии. Это,
в свою очередь, позволило значительно упростить конструкцию привода в целом, а
пневматика выступает в качестве дополнительного демпфера, смягчающего движения
и придающего им плавность.
В гибридном приводе используется один единственный
двигатель, не привязанный к какому-нибудь определенному местоположению.
Соединительные линии более тонки и гибки, нежели простые гидравлические линии.
И в результате совмещения всего этого имеется легкая, быстрая и точная система,
способная передать назад оператору данные о прикладываемом усилии в каждый
момент времени.
Робот
Помимо всех прочих достоинств, новая гибридная система
отличается в лучшую сторону от чисто гидравлических систем, которые полностью
обездвиживаются в случае исчезновения энергии. В пневматических линиях всегда
остается некоторый запас сжатого воздуха, который можно использовать в своих
целях. К примеру, робот-хирург с такими приводами, сможет отвести свои рабочие
инструменты от тела пациента и освободить место для действий хирургов-людей в
случае неожиданного отключения энергии.
Для испытаний и демонстрации всех возможностей новых
гибридных приводов специалисты компании Disney Research создали не очень
приглядного гуманоидного робота. Этот робот не имеет нижних конечностей и он не
может перемещаться своим ходом. Верхняя часть робота с двумя манипуляторами,
имеющими по четыре степени свободы, установлена сверху станины, под которой
скрываются все "потроха" гибридной гидравлическо-пневматической
системы. А на голове робота установлены стереоскопические камеры, снабжающие
робота возможностью восприятия окружающей среды и передающие изображение
человеку-оператору в случае использования системы дистанционного управления.
Для дистанционного управления роботом используются
специальные контроллеры, которые человек-оператор берет в руки. Эти контроллеры
обеспечивают осязательную обратную связь, воздействуя на кончики пальцев и кожу
рук человека импульсами высокочастотного напряжения. Робот поворачивает свою
голову синхронно с движениями головы человека, который одевает устройство
виртуальной реальности и видит все, что видят камеры робота.
Дистанционное управление
Высокой скорости реакции и точности управления
движениями робота достаточно для того, чтобы робот смог поймать брошенный ему
воздушный шар или переложил сырое яйцо с одного места на другое, не разбив его.
А разрешающая способность обратной связи позволяется человеку выполнить руками
робота очень тонкие и точные операции, к примеру, продеть нитку в ушко иголки.
"Новые гибридные привода придают роботу невероятную
плавность и быстроту движений, позволяя ему манипулировать хрупкими предметами,
взаимодействовать с людьми или животными, и выполнять очень тонкие
операции" - рассказывает Джессика Ходджинс (Jessica Hodgins),
вице-президент Disney Research и профессор робототехники университета
Карнеги-Мелоун, - "Сейчас робот может работать только при помощи
дистанционного управления. Но он может, сохраняя все параметры механического
движения, действовать в автоматическом режиме. И работы в данном направлении
уже ведутся нашими специалистами".
Более подробная информации о новых гибридных приводах,
их характеристиках и о перспективах использования в робототехнике будет
представлена на Международной конференции IEEE по проблемам робототехники и
автоматизации ICRA 2016 (IEEE Conference on Robotics and Automation), которая
начнет работу в этом месяце в Стокгольме.
