Американские инженеры разработали стенд для управления человекоподобным роботом с колесами в ногах. Оператор на стенде наклоняет тело в нужную сторону, а робот дублирует движения, при этом благодаря актуаторам человек получает обратную связь. Также в стенд входят насадки на руки, захватывающие движение и переносящие их на руки робота.

Статья о разработке опубликована на arXiv.org.

Разработчики человекоподобных роботов совершили большой скачок в последние годы, о чем можно судить хотя бы по регулярным роликам Boston Dynamics, но в основном это касается конструкции и алгоритмов стабилизации. В алгоритмах, отвечающих за логику действий робота, ситуация заметно хуже и очевидно, что в ближайшие годы вряд ли появится, например, робот-помощник, способный взять на себя базовые бытовые задачи в доме.

Из-за этого довольно много инженеров занимается созданием систем удаленного управления роботами, в частности экзоскелетного управления, при котором человекоподобный робот дублирует движения рук и ног оператора. Но эти системы предназначены для работы с ходячими или стационарными роботами и не приспособлены для гибридных человекоподобных роботов с колесами в ногах, таких как Handle.

Суньюй Ван (Sunyu Wang) и Жуао Рамос (Joao Ramos) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне создали стенд для экзоскелетного управления человекоподобными роботами, ездящими на колесах. Принцип работы со стендом похож на езду на гироскутер: человек наклоняется вперед или назад, а колеса робота компенсируют наклоны, активируя двигатели. Во время работы система представляет и человека, и робота как обратный маятник с центром масс выше его подвижной точки опоры.

Стенд состоит из трех частей. Первая — это пластина, на которую встает человек. Она выполнена в виде шестиугольника и под каждой вершиной находится датчик усилия. Вторая часть — это подвижный датчик и актуатор (LISA), который крепится к спине человека. Вместо они позволяют системе рассчитывать модель обратного маятника. Наконец, третья часть — это насадки на руки, позволяющие дублировать их положение на роботе.

Sunyu Wang, Joao Ramos et al. / arXiv.org, 2021

Модуль LISA выполнен в виде подвижного стержня, который может двигаться вперед-назад и наклоняться. Его главная особенность заключается в том, что продольное движение происходит через электромотор, благодаря чему инженеры смогли реализовать обратную связь, при которой и оператор, и робот передают свои движения друг другу. Это также позволяет модулю работать как пружина, не давая человеку упасть вперед.

Разработчики создали две схемы управления, различающиеся тем, во что конвертируется наклон тела оператора: в скорость или ускорение робота. При управлении скоростью движения больше контролирует робот, а при управлении ускорением наоборот.

Чтобы выяснить, какая схема более удобна, разработчики дали добровольцам два задания, в которых они управляли виртуальным роботом. В одном им нужно было поддерживать постоянную скорость, а в другом необходимо было передвинуть робота в определенную точку и удерживать его. В результате оказалось, что управление скоростью удобнее.