Американские инженеры решили проблему сминания мягкого хобота пневматического робота, установив в головную часть хобота электромоторы с роликами. Благодаря этому робот сматывает «конечность» обратно по той же траектории, по которой та изначально разворачивалась, и практически не воздействует на окружающую среду, говорится в препринте на arxiv.org.
Отметим, что мягкие роботы — одно из перспективных экспериментальных направлений в современной робототехнике. Для решения реальных задач такие аппараты пока что практически не используются, однако потенциально они обладают рядом преимуществ перед жесткими конструкциями — не боятся ударов, сдуваются для транспортировки или хранения, а также могут безопасно использоваться рядом с людьми и животными, поскольку мягкий корпус сильно понижает риск травмы, и в уязвимом окружении, например, среди коралловых рифов или посреди археологических раскопок.
Вместе с тем, у мягких роботов существуют и очевидные минусы — они боятся острых препятствий и проколов, а если работают на пневматике, то им требуется внешний компрессор. Кроме того, иногда простота конструкции приводит к появлению и других специфических проблем, которые инженерам приходится решать. Например, надувное тело в некоторых условиях может смяться и изменить запланированную траекторию движения.
Именно с такой проблемой столкнулась группа инженеров из Стэнфордского университета. Разработанный ими пневматический робот состоит из катушки и надувного хобота, который способен постепенно надуваться и «расти» вперед. В основании хобота установлены направляющие актуаторы, позволяющие устройству на ходу менять направление развертывания «конечности» и благодаря этому проникать с ее помощью в труднодоступные места. Задача катушки состоит не только в том, чтобы при необходимости постепенно разматывать или сматывать хобот, но и в том, чтобы хранить его оболочку в компактном сдутом виде.
Еще одна особенность созданного американскими инженерами робота состоит в том, что при сматывании хобота обратно в катушку (такой режим авторы назвали инверсией) оный при помощи наклеенной на его нижнюю часть двусторонней липкой ленты может попутно захватывать образцы материала, и, по задумке авторов, это должно происходить с минимальным воздействием на окружающую среду, а кроме того, сбор искомых образцов должен производиться в том же порядке, в котором они лежат на поверхности.
Вместе с тем, во время тестирования выяснилось, что при достижении неудачного соотношения длины хобота и изгиба надувное тело робота в режиме инверсии сминается с одной стороны и вместо втягивания внутрь начинает двигаться вбок, задевая окружающие объекты и перемешивая образцы забираемого материала. Чтобы решить данную загвоздку, инженеры провели моделирование и вычислили пороговые значения, при которых хобот начинает заминаться, а также выяснили, что этого вообще не должно происходить, если точка приложения усилия к оболочке будет расположена на конце хобота, а не в его основании (катушке).
Чтобы переместить активную точку сматывания от основания хобота к его концу, авторы разработали конструкцию из кольца с роликами и электромоторами, через которую пропускается оболочка. У модифицированного робота именно ролики, установленные в конце хобота, отвечают за приложение силы при сматывания оболочки, в то время как катушка в основании лишь выбирает слабину.
Экспериментальная проверка показала, что благодаря такой конструкции надувная «конечность» робота действительно не сминается — при сматывании хобот возвращается по той же траектории, по которой он «рос», не задевая посторонние предметы. Кроме того, кольцо с роликами исключило перемешивание нескольких материалов, забранных в одной точке (в эксперименте использовалось разноцветное конфетти). Наконец, новация позволила роботу сматывать хобот, оказывая гораздо меньшее давление на стенки искривленной трубки, имитирующей уязвимое узкое пространство (на процесс развертывания хобота в трубке наличие кольца с роликами влияния не оказало).
В дальнейшем инженеры намерены заняться оснащением хобота устройства различными датчиками, а также кареткой, которая сможет перемещать грузы вдоль развернутого хобота.
Источник: N+1