Robot berkaki roda dari Institut Teknologi Harbin ini telah mengeluarkan versi 3.0! Menyahmistifikasi reka bentuk, kawalan dan ujian prestasinya

DARPA (Agensi Projek Penyelidikan Lanjutan Pertahanan AS) Cabaran Robot (DRC) diadakan setiap dua tahun dan ditaja oleh Jabatan Pertahanan A.S. Pertandingan ini berharap dapat memilih robot yang boleh bertanggungjawab terhadap bahaya seperti Kuasa Nuklear Fukushima Tumbuhan yang tidak boleh diakses oleh manusia untuk misi pertolongan cemas di tapak.

Dalam Cabaran Robot DARPA DRC 2015, robot DRC-HUBO dari Korea Selatan bergantung pada "kemahiran unik" untuk mengalahkan 22 robot terkemuka lain dari 5 negara dan memenangi kejuaraan, termasuk banyak robot yang dibangunkan oleh Boston Dynamics pada masa itu Robot bintang seperti Atlas dan HRP Jepun.

DRC-HUBO ialah robot yang boleh berdiri dan melutut

Dalam bidang robotik, imbangan berjalan sentiasa menjadi jurang yang tidak dapat diatasi. Ini juga merupakan kunci kepada kemenangan terakhir HUBO - Roda yang dipasang pada lutut dan buku lali membolehkan robot bertukar daripada mod berjalan kepada pergerakan beroda. Pasukan "KAIST" yang membangunkannya juga memenangi hadiah utama sebanyak AS$2 juta pada masa itu.

Penjelajahan dan penyelamatan dalam persekitaran berbahaya ialah aplikasi penting pergerakan kaki robot Robot yang digunakan untuk menyelamat bencana atau penerokaan lapangan selalunya diperlukan untuk mempunyai keupayaan untuk bergerak dengan cepat di jalan rata dan menyesuaikan diri dengan rupa bumi yang kompleks. Berdasarkan masalah ini, pasukan dari Makmal Utama Robotik dan Sistem Negeri, Pusat Pengajian Kejuruteraan Mekanikal dan Elektrik, Institut Teknologi Harbin, membangunkan sistem robot berkaki roda autonomi berkuasa hidraulik yang sangat mudah dikendalikan dan boleh disesuaikan - robot WLR-3P. Robot boleh bergerak dengan pantas dan cekap di jalan rata, dan kebolehsuaiannya sangat baik dalam persekitaran rupa bumi yang lasak.

Penyelidikan ini diterbitkan di bawah tajuk kertas kerja (Design and Control for WLR-3P: A Hydraulic Wheel-Legged Robot) dalam Cyborg and Bionic Systems, terbitan baharu Pelan Tindakan Kecemerlangan Jurnal Sains dan Teknologi China Titik Permulaan Tinggi.

Setem alamat kertas → https://spj.science.org/doi/10.34133/cbsystems.0025

▍Menyingkap misteri robot WLR-3P

Mari kita lihat dahulu rupa WLR-3P:

Sebagai

robot berkaki roda hidraulik tanpa hos baharu, WLR-3P mampu melompat dan bergerak pantas dengan kuasa autonomi.

Jadi bagaimana penyelidik meningkatkan

mobiliti dan kebolehsuaian persekitaran robot? Terutama bergantung padatiga perkara ini: (a) ketumpatan kuasa tinggi dan pemacu tindak balas pantas, (b) ringan, inersia besar dan kekuatan tinggi, (c) sistem hidraulik yang boleh dipercayai.

Kaedah reka bentuk mekanikal WLR-3P boleh ditulis semula

Komponen komposisi dan dimensi WLR-3P

Seperti yang ditunjukkan dalam imej di atas, WLR-3P mempunyai 7 darjah kebebasan (DOF): 3 DOF untuk setiap kaki dan 1 DOF di pinggang. Tiga darjah kebebasan kaki masing-masing pada sendi pinggul, sendi lutut dan roda pemanduan Sendi pinggul dan sendi lutut digerakkan oleh HDU, dan roda pemanduan digerakkan oleh motor DC.

HDU termasuk silinder servo tindak balas frekuensi tinggi (20Hz), injap servo berprestasi tinggi, sensor anjakan dan sensor daya. WLR-3P mempunyai berat 80 kg dan dilengkapi dengan HPU dan bateri atas kapal. Ketinggian maksimum ialah 1.55 meter dan jarak antara dua roda adalah lebih kurang 0.54 meter. Selain itu, atas sebab keselamatan, robot itu juga "membawa" rangka aloi aluminium hibrid gentian karbon 1.8 kg

Mengapa memilih hidraulik? Secara ringkas dan kasar,

Sebuah robot yang menggunakan peranti pemacu hidraulik bersepadu mempunyai ketumpatan kuasa tinggi dan tindak balas pemacu yang pantas.

▍WLR-3P strategi kawalan dan reka bentuk lanjutan

Penyelidik mengambil kira faktor berikut: (a) nisbah kuasa-kepada-berat yang tinggi, (b) rintangan hentaman yang sangat baik, (c) tindak balas frekuensi tinggi untuk kawalan daya/kedudukan, dan (d) sifat biologi yang setanding dengan manusia.

Ketumpatan kuasa maksimum unit pemacu hidraulik sendi lutut (HDU) dalam WLR-3P boleh mencapai kira-kira 7kW/kg, yang jauh lebih tinggi daripada motor tradisional. Kandungan ditulis semula: Ketumpatan kuasa maksimum unit pemacu hidraulik lutut (HDU) dalam WLR-3P ialah lebih kurang 7 kW/kg, jauh melebihi motor konvensional

WLR-3P pinggul dan pinggang HHJ

Pengecilan dan penyepaduan unit kuasa hidraulik (HPU) adalah kesukaran utama dalam bidang penyelidikan robot hidraulik, terutamanya disebabkan oleh pengecilan pam dan enjin serta pemanasan sistem. Memandangkan WLR-3P tidak mempunyai ruang pemasangan HPU yang besar. Kakitangan R&D telah mencadangkan idea reka bentuk yang inovatif untuk mencapai pengecilan dan penyepaduan HPU.

Pertama, pam gear digerakkan oleh motor pemutar luaran yang dibuat khas melalui gandingan mikro. Minyak tekanan tinggi dari pam melalui penumpuk mikro dan penapis untuk memberikan kuasa hidraulik yang diperlukan oleh sistem. Kedua, untuk menyelesaikan masalah pemanasan sistem, tangki bahan api pelbagai fungsi yang menyepadukan pelesapan haba, penapisan dan penstabilan voltan telah direka. Akhirnya, HPU boleh mengeluarkan kuasa hidraulik dengan tekanan maksimum 21 MPa dan kadar aliran 20 l/min.

Rajah skema hidraulik sistem hidraulik perlu lengkap

Rajah di bawah menunjukkan struktur dan komposisi HPU.

Pengecilan dan penyepaduan HPU membebaskan robot daripada batasan hos getah, menjadikan pergerakan robot lebih "sutera".

Struktur dan komposisi HPU juga merupakan pelvis WLR-3P

Selain itu, pasukan R&D juga mencadangkan

sistem kawalan termasuk sistem elektrik teragih hierarki dan strategi kawalan:

Apa yang perlu ditulis semula ialah: sistem elektronik WLR-3P

Rangka kerja kawalan WLR-3P

Kandungan yang perlu ditulis semula ialah: ▍Imbangan dan ujian kuasa letupan WLR-3P

Penyelidik menjalankan ujian sekitar

prestasi seimbang dan kuasa letupan. Pergerakan pantas dan mencangkung adalah tindakan paling asas untuk mengesahkan prestasi keseimbangan robot berkaki roda. Apabila bergerak dengan pantas, pusat jisim (COM) robot berubah dengan cepat dalam arah mendatar, manakala apabila mencangkung, COM berubah dengan cepat dalam arah menegak.

Ujian Mudah Alih Pantas

Gambar mencangkung COM dalam julat ketinggian 0.35 dan 0.65 m

Ujian menunjukkan bahawa keupayaan imbangan mendatar dan menegak WLR-3P adalah OK, yang turut mengesahkan kebolehpercayaan sistem perkakasan robot.

WLR-3P boleh melengkapkan berlepas, penerbangan dan mendarat dalam 0.5 saat

Hasil eksperimen menunjukkan robot WLR-3P boleh mencapai kelajuan 13.6 km/j dan ketinggian lompatan 0.2 m. Pemacu hidraulik dan tetapan struktur robot diperakui sepenuhnya.

Para penyelidik merumuskan pengalaman percubaan mereka dan mendapati bahawa

semakin ringan berat robot dan semakin kuat kuasa letupan sistem pemacu, semakin tinggi robot itu boleh melompat. Khususnya, lebih kecil bahagian berat kaki kepada berat badan, lebih tinggi daya keluaran serta-merta dan kelajuan sendi lutut, yang akan memberi kesan yang lebih ketara ke atas prestasi melompat robot.

Kandungan yang perlu ditulis semula ialah: ▍Dua "saudara" WLR-3P

Pasukan menyatakan bahawa walaupun masih terdapat jurang tertentu antara prestasi sebenar dan prestasi reka bentuk teori, ini juga menunjukkan jalan untuk kerja masa depan

Pada 2017, pasukan itu telah membangunkan robot berkaki roda hidraulik pertama WLR-I dan berjaya mengesahkan reka bentuk bersepadu dan keupayaan pergerakan kompaunnya. Kemudian pada 2018, robot berkaki roda generasi kedua WLR-II keluar, merealisasikan reka bentuk tanpa hos buat kali pertama dan menunjukkan kebolehsuaian rupa bumi yang tidak dijangka

Dua beradik sedang menjalankan senaman bersama dan ujian pergerakan salji

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas, dua generasi pertama robot sebenarnya telah mengesahkan kebolehsuaian kepada rupa bumi yang kompleks dan kebolehgerakan di atas tanah, tetapi kedua-duanya dikuasakan oleh stesen pam luaran. Kali ini WLR-3P telah membuat penambahbaikan yang ketara berdasarkan reka bentuk dua generasi pertama robot berkaki roda. Bukan sahaja meningkatkan keupayaan olahraga, tetapi juga mencapai autonomi kuasa.

Seterusnya, pasukan juga perlu mempertimbangkan cara memadankan kuasa keluaran HPU dan kuasa yang diperlukan oleh HDU. Mengenai keperluan untuk kuasa memandu dan pergerakan robot, isu kejuruteraan seperti pelesapan haba dan bunyi bising perlu dipertimbangkan. Lebih penting lagi, pengecilan dan penyesuaian komponen hidraulik juga merupakan salah satu hala tuju penyelidikan masa hadapan.

Saya perlu katakan, kecekapannya terlalu tinggi. Lepas tu berhenti cakap kosong dan tunggu abang keempat WLR.

Atas ialah kandungan terperinci Robot berkaki roda dari Institut Teknologi Harbin ini telah mengeluarkan versi 3.0! Menyahmistifikasi reka bentuk, kawalan dan ujian prestasinya. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!