Без конечностей: этажерка на шаре держит равновесие

Забудьте "Девочку на шаре". Смотрите: на шаре мобильный робот. Этот шар для него — и ноги, и колёса, и гусеницы. В общем, точка опоры, с помощью которой он переворачивает мир робототехники и, заодно, компьютерную мышь. Как так?

 

 

А вот так.

Чего мы хотим от роботов? Конечно, практичности и мобильности. Сейчас у них это есть. Однако всё то, что существует в этой области сейчас, по части удобства может быть охарактеризовано как громоздкое и неповоротливое.

Энтузиасты из университета Карнеги-Меллона (Carnegie Mellon University) Том Лауэрс (Tom B. Lauwers), Джордж Кантор (George A. Kantor) и Ральф Холлис (Ralph Hollis) давно занимаются всевозможными разработками, связанными с роботами, и считают такие проблемы крайне актуальными.

Вся их работа имеет под собой некую концептуальную основу. Они, в частности, утверждают, что статичные роботы – те, которые совершают операции, находясь на одном и том же месте, равно как и всяческие роботы на многочисленных колёсах – это тупиковая ветвь развития робототехники.

	Даже не сомневаясь в устойчивости, разработчики боллбота на случай падения натянули на него резиновое колесо. Внешнему виду боллбота в его настоящем состояния, впрочем, это не повредило (фото с сайта msl.ri.cmu.edu).

Как же могут эти роботы помогать людям, когда они, того и гляди, могут сами потерять равновесие, опрокинуться, и к ним самим придётся спешить на помощь, считают исследователи.

Дополнительные точки опоры решают проблему лишь отчасти, порой добавляя ещё неповоротливости. И вообще, этих опор нужно сделать меньше, лучше всего одну, — считают американские специалисты.

Примерно этим путём команда робототехников, возглавляет которую профессор Холлис, пришла к идее нового исполнения опоры робота – в виде сферы. Так и появилась мысль о создании своего "Боллбота" (ballbot — от английского ball — шар; не путать с марсианскими Ballbots) – нового веского слова в изобретательстве.

Устройство главной части боллбота, которую его создатели называют "инвертированным шариком мыши" (фото с сайта msl.ri.cmu.edu).

Как утверждает этот коллектив, в основе подхода – создание мобильного, безопасного и устойчивого робота. Поэтому, опять-таки, по их словам, вышел боллбот "шустрым и грациозным".

После многочисленных испытаний и промежуточных версий боллбот в сегодняшнем виде – полутораметровое устройство весом в 45 кило. Представляет оно собой фактически цилиндрическую этажерку с полками, на которых установлено всякое оборудование, и шаром с моторами внизу.

Так выглядит "ходовая часть" боллбота (фото с сайта msl.ri.cmu.edu).

Самое интересное и неожиданное – сфера. Это, конечно, удивительно, но и здесь нас не ожидает ничего нового: это устройство этой части, обеспечивающей устойчивость и передвижение, на поверку оказывается таким же, как… у шарика компьютерной мыши! Только с точностью до наоборот.

Так как поколение людей, с шариковыми мышами не знакомых, уже подрастает, напомним, у этих недавно распространённых устройств принцип работы был примерно такой. Вращаясь, шарик передаёт вращательный момент на датчики-колёсики. Их расположение позволяет регистрировать движения шарика в двух измерениях. От датчиков сигнал идёт по проводу к компьютеру.

Ральф Холлис надеется, что его детище найдёт широкое применение (фото с сайта msl.ri.cmu.edu).

Тут же всё происходит в обратной последовательности: не шар вращает колёсики, а небольшие серводвигатели, пространственно расположенные на одной плоскости, передают усилие на него. Соответственно, шар вращается в нужном направлении.

Но тут особенность ещё в том, что он не выскальзывает из-под всей этой конструкции. Более того, она сохраняет практически абсолютно вертикальное положение.

Для поддержания равновесия боллбот использует систему стабилизации, которая сразу же регистрирует отклонения от вертикальной оси с помощью специальных устройств на основе гироскопов.

Устройство боллбота (фото с сайта msl.ri.cmu.edu).

Соответственно, чтобы не упасть, когда, например, его толкают, он должен начать движение в сторону наклона и остановиться в тот момент, когда равновесие будет достигнуто. В видеоролике (MPEG, 17,7 мегабайта) вы можете увидеть, как Ральф Холлис толкает своего боллбота, что, однако, не приводит к падению. Заодно поглядите (MPG, 19,8 мегабайта), как боллбот движется в различных направлениях; команды ему передают по беспроводной связи.

Кстати, обратите внимание, он всё время сохраняет практически вертикальное положение: точность аппаратуры, основанной на двухсотмегагерцевом "Пентиуме", обеспечивает чувствительность к наклону в половину градуса!

Боллботу нашлось уже первое применение – в офисе. Неужели разносит кофе? (фото с сайта msl.ri.cmu.edu).

Самое главное — есть, куда эту разработку приложить: как уже было сказано, равновесие – "больное место" многих современных роботов.

Но насчёт грациозности разработчики, конечно, загнули. Откуда они это взяли – трудно сказать. Возможно, однажды кто-то из них засмотрелся на своё творение и случайно задумался о живописи. О творчестве, скажем, Пикассо.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru