Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Garaažiga ehitatud robot DARPA robootika väljakutse jaoks

Meie täisskaala humaniteet, WATSON.

Alates sellest, kui ma oma esimese biped 2005. aastal kokku tulin, olen unistanud, et ehitatakse täissuuruses humanoid robot. Kahjuks ei ole siin mingeid komplekte; see ei ole nii lihtne ehitada stabiilne biped. Isegi väikesed bipeedid kannatavad stabiilsuse, töötlemise kontrolli, energiatarbimise ja mehaanilise kallakuga. Ja kui me suurust suurendame, suurendame ka stabiilsuse probleeme ja kulusid.

Tänased tüüpilised väikesed bipeedid (kõrgus vahemikus umbes 8 ″ kuni 18 ″) maksavad umbes 400 kuni 2000 dollarit. Kohandatud ehitatud mudelid suurematele suurustele - isegi alla 36 tolli - võivad kergesti tabada $ 30,000. Inimese suurusega bipedid maksavad tavaliselt sadu tuhandeid, kui mitte miljoneid dollareid.

Ma otsustasin näidata, et on võimalik ehitada täismõõdus biped, mis suudab hästi alla 10 000 dollari. Kas on olemas odav ja lihtne viis ehitada täismõõdus biped robot ilma suurte kapitaliinvesteeringuteta ja rühma raketiteadlasi?

Enne kahtlust ärge unustage, et 18. sajandil ehitas John Harrison, puidust kella ise haritud tegija, esimese väga täpse laeva kronomeetri ja võitis 10 000 naela (vana Briti raha) auhinna. Selle aja kõrgelt haritud teadlased keeldusid teda tunnustamast, sest tal ei olnud formaalset haridust. Edu järgib otsustavust ja “Ärge kunagi loobu… Ära kunagi loobu” suhtumist.

Olen ehitanud ja üles ehitanud oma suurt biped seitse aastat. Kutsun kuuendat ja kõige uuemat mudelit WATSON - ilma-lõastata Stereoscopic Omni-Navigator. Kõik kuus mudelit ehitati minu vaba ajaks minu päevast tööle lepingulise püsivara arendajana. Esimene prototüüp, mudel 1, oli ainult suu, pahkluu ja reide. See oli platvorm, et testida oma kahepoolse kontrolli teooriaid.

Minu varane prototüüp oli lihtsalt jalg, pahkluu ja reie.

See mudel oli nii edukas, et otsustasin ehitada terve robot.

Mudel 2 tegi mõningaid muudatusi traditsioonilistest bipedidest, mida täna turul on näha. Möödas:

  • Suur, lame, ruutjalga
  • Rasked servod suu ja pahkluu liikumiseks
  • Üks keskjuhtimisseade töötab kogu robotil

Lisatud:

  • Inimese jala stiil, millel on kolm kontaktpunkti
  • Ühendamine ülemise jala jala asendist
  • Üks jäsemete töötlemise plaadi kontroller iga osa jaoks

Bipedide kontrollimiseks on kasutatud mitmeid erinevaid teooriaid ja mudeleid. Mõned neist on äärmiselt keerulised ja nõuavad keerulist matemaatikat, et kontrollida dünaamilisi jõudusid, mida me enesestmõistetavaks pidada. See ei ole selles küsimuses. Esitatakse mõningaid kontrolliteooriaid, kuid ma hoian seda minimaalselt. Teooria põhisisu on, et piisavalt hea anduriga saame ehitada suure jalutuskäigu roboti, mis põhineb massikeskme põhimõttel.

2. mudeli disain oli luua tugevad reied ja kerged jalad. Loodeti, et see kujundus võib aja jooksul muutuda jooksvaks. Selle saavutamiseks kavandati mõningaid väiksemaid bippe, mida peetakse sageli väiksemaks, sealhulgas suured ruutjalad.

Tsemendi ülekatte kandmisel on raske langeda. Madalam massikeskus tagab püsiva robotile suurema stabiilsuse, kuid nõuab iga jala liigutamiseks palju energiat. Inimestel on suur massikeskus; kui me kõndime, viskame oma kaalu meie massikeskusest välja ja saame end teise jala külge, siis seotakse jälle järgmine samm. Need kiire liikumised kasutavad pööratud pendlit, kus mass on pöördepunkti (pahkluu) kohal.

Iga jala põhjas on kolm rõhuandurit, mis aitavad tasakaalu saavutada.

Iga biped vajab tasakaalu. Mudelid 1 kuni 6 (välja arvatud mudel 5, kasutan seda) kasutavad väga täpseid koormusandureid, mis tunnevad kaalu kolme punkti võrra jala kohta. Need konkreetsed koormusrakud on umbes 0,2 protsenti täpse skaala (kuni 100 naela) täpsusega. Nad võivad anda uue lugemise kuni üks kord millisekundi jooksul. Rakud on paigaldatud jalgade alumisele küljele kontaktpunktidena, mis on sarnased inimese jala külge.

Inimjalal on 11 punkti, mis jagavad kaalu, kuid kolm on äärmiselt kriitilised; Kant, esimese metatarsalli pall suurte varba juures ja viies metatarsal roosakas varba moodustavad statiivi. Robootilise jalutamise jaoks võib olla paremaid kujundeid, kuid sellega saan ma seostada jõududega ja tagasisidet kahekordsete kogemustega.

Eesmärgiks on, et jalg toetaks alati koormust massi keskel, mis on kolme massi keskmine, mis on iga massi järgi fikseeritud kaugusel massist. Kui antud jala kõigil kolmel anduril on mõni kaal ja kogumass on vähemalt 1 nael, siis on võimalik kindlaks määrata praegune massikeskus ja kui kaugel tegelikust keskusest on see nii X kui ka Y suunas. See viga juhitakse proportsionaalsesse integraalsesse silmusesse, mis ise reguleerib servosid, hoides massi keskpunkti kolmnurgas.

Minu roboti kujundus areneb.

Kaks aastat tagasi kuulsin DARPA robootika väljakutse. See oli just see stiimul, mida ma vajasin bipediga töötamise jätkamiseks. Olin neljandas ümberehitamises ja mu eesmärgid muutusid - nüüd on mul vaja teha mitu keerulist ülesannet, mis ei olnud osa minu algsetest disaini eesmärkidest:

  1. Sõitke väikese golfikäruga
  2. Roni redelile
  3. Avage uks
  4. Keerake klapp
  5. Kasutage elektrilist tööriista
  6. Selge raske praht

Värbasin mõned teised entusiastid, et aidata väljakutse ette valmistada 2013. aasta detsembriks. Mudel 4 ei olnud piisavalt ülesannete täitmiseks piisavalt suur - suuremad ja võimsamad servod olid vajalikud. Me olime sisenenud DARPA's Track D väljakutse meeskondade jaoks, kellel ei ole valitsemissektori rahastamist. Meil ei olnud mingit rahastamist, nii et me ei kavatsenud kasutada Boston Dynamicsi poolt välja töötatud $ 2500 servosid või 1,2 miljonit dollarit.

Ma leidsin USA dollari nimelise Invenscience'iga tohutu pöördemomendi 200 dollarit. Nad on natuke rasked, kuid väga lihavad. Ma kasutasin kuu puhkuse aega ja loonud Model 5, mida esimesena nimetati WATSONiks. See oli õrn väga kallis Atlas, mis vajab kahvliharut, et viia selle toide tagant läbi lõng. Mudel 5 ei kasutanud koormusandureid, kuid võib kõndida, kasutades mitmeid staatilisi raame. See oli katse jõuda DARPA Robotics Challengele 2013. aastal, kuid me lõpetasime aeg ülemise keha lõpetamiseks. Ilma inimväärse töö relvata ei läbiksime teste. Sellegipoolest kutsus DARPA meid 2014. aasta väljakutses osalema.

WATSONi uued, lihavad servod.

Järgmine eesmärk on meie auto-tasakaalustatud jalutuskäik. Mudeliga 6 on jalad ümber kujundatud massi algoritmi keskmesse. Meie animatsiooniprogramm töötab ja kasutame mõningaid Robot operatsioonisüsteemi tööriistu telemeetria logimiseks ja silumiseks. Alustame väikeste sammudega ja töötame kuni suuremate ja kiiremini.

Täieliku jalutuskäigu roboti loomiseks on kulunud seitse aastat pühendumist. Esimesed viis olid kõige raskemad, peamiselt seetõttu, et ma ehitasin seda ise. Nüüd, Chris Mayeri ja Girts Linde abiga, me teeme suuri samme (pun mõeldud), et konkureerida poissidega, kellel on kõik suured taala. Me püüame olla DARPA Robotics Challenge 2014 jaoks valmis.

Osa

Jätnud Kommentaari