Rat-geïnspireerde robot belooft vlotte inspectiemogelijkheden

Gepootte robots zijn veelbelovend voor gebruik in real-world toepassingen, maar hun operatie in smalle ruimtes is nog steeds uitdagend. Eén oplossing voor het verbeteren van hun omgevingsadaptabiliteit is het ontwerpen van een kleine biomimetische robot capabel van het uitvoeren van meerdere bewegingen en het dragen van payloads. In dit geval hebben ratten die in grotten leven een grote hoeveelheid aandacht getrokken vanwege hun ongekende vlotheid en adaptabiliteit. Veel inspanningen zijn gedaan om de morfologie of bewegingskarakteristieken van ratten na te bootsen.

Onlangs heeft een team geleid door Prof. Qing Shi van het Beijing Institute of Technology, China, een nieuwe robotrat ontwikkeld genaamd SQuRo (small-size quadruped robotic rat).

Prof. Shi's team heeft robots ontwikkeld die in staat zijn hun beweging of gedrag te reproduceren. Door bio-geïnspireerd ontwerp hebben ze een gewielde robotrat ontwikkeld capabel van meerdere rat-achtige gedragingen. Onlangs vervingen ze de wielen door poten om de bewegingsvlotheid verder te verbeteren. In deze studie, gepubliceerd in het tijdschrift IEEE Transactions on Robotics, onthulleren experimentele resultaten dat de gepootte robot SQuRo capabel is om de beweging van echte ratten in smalle ruimtes na te bootsen.

Ratten kunnen zich aanpassen aan smalle ruimtes vanwege hun verlengde slanke lichaam en ongekende vlotheid. Om de bewegingsvlotheid na te bootsen, maakte het team vol gebruik van de morfologie en bewegingskarakteristieken van ratten die in grotten bewegen. Het team extraheerde eerst de key movement joints (KMJs) van ratten en voltooide de (degree of freedom) DOF-configuratie. Specifiek, ontwierpen ze 2 DOFs in elk lid om de lidbeweging te reproduceren, 2 DOFs in de taille en 2 DOFs in het hoofd om de flexibele ruggengraatbeweging te repliceren. Profiterend van een lange en flexibele ruggengraat, kan SQuRo zijn lichaam buigen en snel omkeren.

Naast het nabootsen van de morfologie van ratten, kent een robotrat ook de locomotiekarakteristieken van ratten. Hiervoor stelde het team een hiërarchische open-loop controller voor om multimodale beweging te bereiken die vergelijkbaar is met die van ratten. Het controle-framework bestaat hoofdzakelijk uit drie lagen: 1) een multi-motion planner met vier basismodus en een directe relatie tussen de controle-variabele en ground reaction forces (GRFs); 2) parameteroptimalisatie met rekening houdend met stabiliteit en actuatielimieten; 3) trajectgeneratie van elk gewricht. Het controle-framework maakt vlotte bewegingen en snelle overgangen mogelijk.

Door de biomimetische flexibele structuur en multimodale bewegingcontrole, kan SQuRo diverse bewegingen uitvoeren, zoals buigen-naar-staan, lopen, kruipen, en draaien, en kan herstellen na vallen door zijn ledematen en cervicale delen te controleren om zijn zwaartepunt (CoM) passend aan te passen. Bovendien, door veldtests, slaagde SQuRo erin om door een onregelmatige smalle passage (binnenbreedte 90 mm) te gaan, een obstakel met een hoogte van 30 mm te oversteken, en stabiele locomotie te bereiken op een helling met een helling van 15°, wat zijn potentiele toepassing voor inspectietaken in smalle ruimtes demonstreert.

Vergeleken met state-of-the-art vierpoten robots van een vergelijkbare schaal, heeft de nieuw ontwikkelde SQuRo een relatief meer verlengd, slanker lichaam en kleiner gewicht. De minimum keerradius van 0,48 lichaamslengte is veel kleiner vergeleken met die van andere robots. Bovendien kan SQuRo stabiele locomotie behalen zelfs na het dragen van een last gelijk aan 91 procent van zijn eigen gewicht, wat superieure payload-draagcapaciteit demonstreert vergeleken met kleine vierpoten robots. Deze mogelijkheden stellen SQuRo in staat om vlot door smalle ruimtes en ruige terrains te gaan en taken uit te voeren, zoals detectie of transport in relevante scenario's.

Voor meer informatie, contacteer Ruoxi Tian, IEEE Transactions on Robotics, via dit e-mailadres (beschermd tegen spambots, JavaScript vereist).