Двуногий робот использует для перемещения визуальную обратную связь

Японские ученые разработали двуногого бегающего робота, названного ACHIRES. Он координирует свои движения на основе визуально контроля процесса перемещения. Активная система управления перемещением работает на основе высокопроизводительного процессора для обработки изображений. Робот имеет ноги длиной 14 см, с шестью степенями свободы и может развивать скорость до 4,2 км / час. Ключевыми технологиями здесь являются быстродействующая видеосистема с высокой частотой кадров (600 кадров в секунду) для распознавания положения робота и высокоскоростной привод для реализации быстрого передвижения. Сочетание этих технологий играет важную роль в способности робота быстро бежать, поддерживая при этом равновесие.

В лабораторных исследованиях использовались разные типы устройств скоростной видеосъемки и алгоритмов высокоскоростной обработки изображений, с временем выборки от 10 мс до 1 мс. Система высокоскоростного зрения может обеспечить управляющие данные с той же скоростью выборки, что и контроллер сервопривода, используемого для перемещения робота. Это означает, что система машинного зрения может напрямую управлять приводами, как это делают другие датчики, например, кодер. Хотя в настоящее время камера находится на отдельной панели робота, в последующем она будет встроено в корпус робота.

Кроме того, был разработан легкий, высокой мощности привод, обеспечивающий передвижение робота на высокой скорости. Соотношение крутящего момента к массе у него в 3,5 раза выше, чем у исполнительных механизмов предыдущих подобных изделий. Эта новая технологии используются сегодня и в других демонстрационных роботах подобного типа.

Алгоритм перемещения, используемый в роботе ACHIRES отличается от обычно используемых в других «бегающих» роботах. В то время как в большинстве таких роботов для удержания стабильного и сбалансированного положения использован метод, основанный на использовании критерия точки нулевого момента сил (Zero moment point – ZMP), здесь применен очень простой алгоритм с использованием быстродействующей сенсорно-моторной системы без соблюдения ZMP. Используя высокоскоростную визуальную обратную связь корректируется положение корпуса робота, чтобы компенсировать отклонение от устойчивого состояния.

Потребовалось четыре года исследований, чтобы разработать ACHIRES, отчасти потому, что анализ динамики робота показал, что система машинного зрения требует высокоскоростного анализа. На видео вы можете видеть, как развивались способности робота, начиная с 2009 года.

Хотя робот ACHIRES в настоящее время является лишь исследовательской платформой, не предназначенной для дальнейшего воплощения в реальное устройство, но сочетание высоко скоростной системы машинного зрение с таким же скоростным приводом может применяться в различных типах скоростных интеллектуальных систем, в том числе в роботах, производственных системах, самолетах, в системах управления микроскопами для био / медицинского применения, и в человеко-машинных интерфейсах. Мы считаем, что это откроет новую эру визуальных систем обратной связи.