Специалисты из лаборатории волновых процессов и систем управления МФТИ создали бионические ноги с усовершенствованной конструкцией. Система обеспечивает энергоэффективную ходьбу, а также позволяет роботу выполнять динамичные действия, такие как прыжки и мягкие приземления. Разработка объединяет принципы биомеханики человека с современными технологиями и является наиболее продвинутой среди российских аналогов.
Фото пресс-службы МФТИ
Антропоморфные роботы устроены по образу человека: у них есть две руки, две ноги, туловище и голова. В отличие от обычных роботов, которые работают только в определённых условиях, такие машины смогут действовать в обычной среде без изменений архитектуры среды. Например, они смогут переносить грузы на складе, помогать в пунктах выдачи, участвовать в спасательных операциях и даже тушить пожары.
Обычно в таких роботах моторы, выполняющие роль мышц, располагают последовательно по всей ноге — от бедра до стопы. Это делает робота похожим на человека, но у такого подхода есть минусы: движения получаются медленными, резкими и требуют много энергии.
«Мы еще в процессе разработки, но наши ноги уже могут ходить, быстро разгоняться, сгибать колени и совершать прыжки, сохраняя равновесие при приземлении. По нашей информации это первый разработанный в РФ антропоморфный робот, способный динамично прыгать. Тем самым мы надеемся сделать следующий шаг к универсальным и эффективным роботам нового поколения», — рассказал Егор Давыденко, руководитель направления антропоморфной робототехники лаборатории волновых процессов и систем управления МФТИ.
Ученые из МФТИ разработали уникальную конструкцию ног для робота, используя собственные компьютерные модели и программное обеспечение.
В основе решения лежит оригинальная кинематическая система тяг и электроприводов, позволившая перенести электродвигатели, управляющие движением ног, в их верхнюю часть, а также разделить функции сокращения ноги и маха ногой вперед/назад на независимые моторы.
Фото пресс-службы МФТИ
Это помогло снизить вес нижней части конечностей, что улучшает динамические характеристики робота, облегчает контроль равновесия и повышает его маневренность при одновременном снижении инерционных нагрузок на сочленения.
Отдельные моторы на сокращение ноги и мах позволяют повысить энергоэффективность и упростить управление — например, для выполнения движения приседа или прыжка человеку необходимо работать одновременно мышцами бедра, колена и щиколотки, а этому роботу — только мотором сокращения ноги. При этом остальные моторы можно «заморозить» и сэкономить энергию.
Стопу и голеностопный сустав робота изготовили из углепластика, дюралюминия и 3D-печатных деталей. Комбинация зубчатой передачи и тяг в «коленном» узле обеспечивает все естественные степени свободы движения и даже выходит за их пределы.
«В нашей лаборатории разработан комплекс программно-аппаратных решений, значительно ускоряющих процесс разработки антропоморфных роботов и их систем управления. Мы применяем методики цифрового моделирования, симуляции и физического прототипирования, что позволяет быстро проверять технические решения. Представленная исследовательская конструкция бионических ног является важным шагом к созданию исследовательского антропоморфного робота. В дальнейшем она будет развиваться и дополняться новыми техническими решениями, которые обеспечат роботу способность двигаться с той же грацией, адаптивностью и координацией, что и человек», — поделился Роман Горбачев, заведующий лабораторией волновых процессов и систем управления МФТИ.
Команда продолжает дорабатывать систему управления, чтобы сделать движения более естественными и адаптивными. В планах — создание верхней части робота с туловищем, манипуляторами и механизмом для взаимодействия с объектами.
