Швейцарские инженеры разработали алгоритм управления нестабильным роботом с манипулятором, способный одновременно учитывать текущую задачу манипулятора и балансировать корпус.

Разработчики продемонстрировали работу алгоритма на примере робота, передвигающегося на шаре, научив его перемещаться в заданную точку, даже при наличии внешних возмущений, а также открывать дверь. Посвященная разработке статья будет опубликована в журнале IEEE Robotics and Automation Letters, а ее препринт доступен на arXiv.org.

Многие роботы, к примеру, практически все колесные, стабильны и не падают при остановке. Некоторые же имеют нестабильную конструкцию и им необходимо постоянно поддерживать баланс. К примеру, нестабильны многие двуногие роботы.

Сама по себе задача балансирования в таких роботах достаточно давно изучена и решена, однако не всегда алгоритмы балансирования позволяют одновременно стабилизировать положение робота и выполнять другую задачу с помощью его рук. А те алгоритмы, которые способны выполнять обе задачи, делают это в два отдельных этапа, что делает их слабоприменимыми в сильно нестабильных роботах, таких как балансирующий на шаре робот Rezero .

Инженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Марко Хюттера (Marco Hutter) разработали алгоритм управления нестабильным роботом, который планирует движения для балансировки всего робота и выполнения задачи манипулятора в один этап, что повышает стабильность и расширяет возможности робота.

Инженеры использовали в своей роботе робота Rezero, но они отмечают, что тот же принцип управления можно использовать и в других динамически балансирующих роботов, в том числе человекоподобных. Rezero стоит на шаре, который приводится в движение тремя колесами над ним. В верхней части установлен манипулятор с тремя степенями свободы.

Разработчики написали единый алгоритм, который учитывает состояние всех базовых частей робота (трех колес, управляющих шаром, и трех моторов, соединяющих сегменты манипулятора), а также отслеживает угловую и линейную скорость робота. Алгоритм получает двухсоставные задания, к примеру, требуемые положения конца манипулятора и основания шара, и в один этап рассчитывает команды для шести электромоторов в двигательной системе и манипуляторе. При этом он постоянно корректирует расчеты, сравнивая их с показаниями датчиков, что позволяет справляться с внешними возмущениями, например, от человека.

Схема алгоритма / Maria Vittoria Minniti et al. / arXiv.org, 2019