Робот самостоятельно находит и поднимает контейнеры с грузом
Швейцарские инженеры представили четвероногого грузового робота LEVA с колесами на ногах. Робот предназначен для автономного захвата и перемещения грузов массой до 85 килограмм в контейнерах и может передвигаться, сочетая ходьбу с движением на колесах. Чтобы подобрать контейнер, LEVA определяет его положение, затем подъезжает к нему так, что контейнер оказывается под роботом, после чего опускается на него сверху. Крюки на раме захватывают контейнер, и робот поднимается уже с закрепленным снизу грузом. В отличие от чисто колесных роботов, LEVA с грузом может преодолевать неровный рельеф и лестницы, при этом колеса позволяют тратить меньше энергии на транспортировку при движении по ровной поверхности по сравнению с чисто ходячими моделями. Препринт с описанием робота опубликован на сайте arXiv.org.
Для автоматизации складских работ многие логистические компании применяют колесных роботов, которые справляются с перемещением грузов эффективнее людей. Роботы-платформы типа C-Matic, например, способны перевозить груз массой до полутора тонн, но за пределами специально подготовленной среды с ровным полом их возможности ограничены — лестницы, неровности, склоны и пересеченная местность становятся для них непреодолимым препятствием. Ходячие четвероногие роботы, обладающие гораздо большей проходимостью по сложному рельефу, с самых ранних этапов своего развития были связаны с переноской грузов. Однако до последнего времени они оставались в основном на уровне экспериментальных прототипов, уступая колесным аналогам в грузоподъемности и энергоэффективности.
Разработать универсального ходячего робота, способного автономно переносить достаточно тяжелые грузы по неровному рельефу, не расходуя при этом слишком много энергии, взялись инженеры под руководством Марко Хуттера (Marco Hutter) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Созданный ими четвероногий робот LEVA использует гибридную схему передвижения, сочетающую ходьбу с ездой на колесах. Аналогичный подход, например, применяется в робособаках на колесах ANYmal, Unitree B2-w и Limx Dynamics W1.
Размеры корпуса LEVA составляют 1,2 на 0,7 метра и позволяют грузовому робопсу проходить через большинство стандартных дверных проемов. Собственная масса — восемьдесят пять килограмм, при этом робот способен поднимать и перемещать грузы аналогичной массы. Четыре ноги имеют по четыре степени свободы, включая независимо поворачивающиеся колеса. Ноги имеют X-образную конфигурацию, при этом каждая из них представляет собой четырехзвенный механизм с параллельной кинематикой. Приводы передают крутящий момент через ременную передачу и спрятаны внутрь корпуса, что защищает их от возможных ударов. Для повышения энергоэффективности при движении на колесах в конструкции лап предусмотрены специальные упоры, на которые робот может «опереться» во время движения, тем самым снижая расход энергии на поддержание позы.
Главная особенность робота — полностью автономный захват груза. Робот рассчитан на работу со стандартными евроконтейнерами. Механизм захвата расположен под рамой и состоит из крюков, приводимых в движение сервомоторами. Чтобы схватить контейнер, робот наезжает на него сверху и опускается. Крюки захватывают контейнер, после чего робот поднимается уже вместе с грузом. Допускаются неточности позиционирования до трех сантиметров в продольном и до одного сантиметра — в поперечном направлении. Каждое колесо оснащено собственным рулевым приводом, что позволяет роботу двигаться во всех направлениях и разворачиваться на одном месте.
Система управления имеет иерархическую структуру: для движения по ровной или почти плоской поверхности используется контроллер на основе обратной кинематики, управляющий колесами и положением ног. Для преодоления лестниц и других сложных препятствий робот использует ходьбу, которой управляет отдельный контроллер, обученный в симуляторе с помощью обучения с подкреплением. За восприятие окружения отвечают два лидара и пять камер. Лидарные данные обрабатываются алгоритмом для построения карты высот и определения положения, а камеры с алгоритмом компьютерного зрения используются для обнаружения и отслеживания контейнеров.
В ходе экспериментов LEVA успешно передвигался по различным поверхностям, включая пандусы с уклоном до 30 градусов, траву, гравий и асфальт, а также преодолевал бордюры и уступы высотой до 15 сантиметров. Обученный RL-контроллер позволил роботу уверенно подниматься и спускаться по лестницам. Захват груза был протестирован с контейнерами массой до семидесяти килограмм и разными углами подхода. Общая успешность маневра захвата составила 86 процентов, или 97 процентов без учета технических сбоев, не связанных непосредственно с маневром. Также была измерена энергоэффективность, которая оказалась выше, чем других шагающих роботов-доставщиков, но пока уступает промышленным колесным роботам-платформам типа C-matic. Дальнейшая работа, как полагают авторы, будет направлена на повышение энергоэффективности за счет добавления пружинных элементов в ноги, улучшение надежности при передвижении по лестницам с грузом и дальнейшее совершенствование автономности робота.
Чтобы четвероногий робот-доставщик не пролил кофе или суп во время доставки, китайская компания PUDU Robotics разработала систему стабилизации для грузового отсека — он сохраняет горизонтальное положение, даже если робопес идет по наклонной поверхности.