Los robots con patas son un tipo de robot móvil que utiliza miembros articulados, como mecanismos de piernas , para proporcionar locomoción . Son más versátiles que los robots con ruedas y pueden atravesar muchos terrenos diferentes, aunque estas ventajas requieren una mayor complejidad y consumo de energía. Los robots con patas a menudo imitan a animales con patas, como humanos o insectos, en un ejemplo de biomimetismo . [1] [2]
Patrón de marcha y apoyo
Los robots con patas, o máquinas para caminar , están diseñados para la locomoción en terreno accidentado y requieren el control de los actuadores de las piernas para mantener el equilibrio, sensores para determinar la colocación del pie y algoritmos de planificación para determinar la dirección y velocidad del movimiento. [3] [4] El contacto periódico de las piernas del robot con el suelo se denomina marcha del caminante.
Para mantener la locomoción, el centro de gravedad del andador debe estar apoyado de forma estática o dinámica. El soporte estático se proporciona asegurándose de que el centro de gravedad esté dentro del patrón de soporte formado por patas en contacto con el suelo. El soporte dinámico se proporciona manteniendo la trayectoria del centro de gravedad ubicada de modo que pueda ser reposicionado por las fuerzas de una o más de sus patas. [5]
Tipos
Los robots con patas se pueden clasificar por la cantidad de extremidades que usan, lo que determina los modos de andar disponibles. Los robots de muchas patas tienden a ser más estables, mientras que un menor número de patas se presta a una mayor maniobrabilidad.
De una pierna
Con una sola pierna, o palo de pogo robots usan un movimiento de salto para la navegación. En la década de 1980, la Universidad Carnegie Mellon desarrolló un robot con una sola pierna para estudiar el equilibrio. [6] SALTO de Berkeley es otro ejemplo. [7] [8] [9] [10]
De dos piernas
Los robots bípedos o de dos patas exhiben movimiento bípedo . Como tal, se enfrentan a dos problemas principales:
- control de estabilidad , que se refiere al equilibrio de un robot, y
- control de movimiento , que se refiere a la capacidad de un robot para moverse.
El control de la estabilidad es particularmente difícil para los sistemas bípedos, que deben mantener el equilibrio en la dirección hacia adelante y hacia atrás incluso en reposo. [1] Algunos robots, especialmente los juguetes, resuelven este problema con pies grandes, que brindan mayor estabilidad al tiempo que reducen la movilidad. Alternativamente, los sistemas más avanzados usan sensores como acelerómetros o giroscopios para proporcionar retroalimentación dinámica de una manera que se aproxima al equilibrio de un ser humano. [1] Estos sensores también se emplean para controlar el movimiento y caminar. La complejidad de estas tareas se presta al aprendizaje automático . [2]
El movimiento bípedo simple se puede aproximar mediante un polígono rodante donde la longitud de cada lado coincide con la de un solo paso. A medida que la longitud del paso se acorta, el número de lados aumenta y el movimiento se acerca al de un círculo. Esto conecta el movimiento bípedo con el movimiento sobre ruedas como límite de la longitud de la zancada. [2]
Los robots de dos patas incluyen:
- Atlas de Boston Dynamics
- Robots de juguete como QRIO y ASIMO .
- El robot Valkyrie de la NASA , destinado a ayudar a los humanos en Marte. [11]
- El robot TOPIO que juega al ping-pong .
De cuatro patas
Los robots cuadrúpedos o de cuatro patas exhiben un movimiento cuadrúpedo . Se benefician de una mayor estabilidad sobre los robots bípedos, especialmente durante el movimiento. A velocidades lentas, un robot cuadrúpedo puede mover solo una pierna a la vez, lo que garantiza un trípode estable. Los robots de cuatro patas también se benefician de un centro de gravedad más bajo que los sistemas de dos patas. [1]
Los robots de cuatro patas incluyen:
- La serie TITAN, desarrollada desde la década de 1980 por el Laboratorio Hirose-Yoneda. [1]
- El BigDog dinámicamente estable , desarrollado en 2005 por Boston Dynamics, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y la Estación de Campo Concord de la Universidad de Harvard. [12]
- El sucesor de BigDog, el LS3 .
- El nuevo mini robot Cheetah volteador hacia atrás del MIT
De seis patas
Los robots de seis patas, o hexápodos , están motivados por el deseo de una estabilidad aún mayor que los robots bípedos o cuadrúpedos. Sus diseños finales a menudo imitan la mecánica de los insectos y sus andares pueden clasificarse de manera similar. Éstas incluyen:
- Marcha ondulada: la marcha más lenta, en la que pares de piernas se mueven en una "onda" desde atrás hacia adelante.
- Marcha en trípode: un paso ligeramente más rápido, en el que se mueven tres piernas a la vez. Las tres patas restantes proporcionan un trípode estable para el robot. [1]
Los robots de seis patas incluyen:
- Odex, un hexápodo de 375 libras desarrollado por Odetics en la década de 1980. Odex se distinguió por sus computadoras a bordo, que controlaban cada tramo. [6]
- Genghis, uno de los primeros robots autónomos de seis patas, fue desarrollado en el MIT por Rodney Brooks en la década de 1980. [1] [13]
- La serie de juguetes moderna, Hexbug .
Ocho patas
Los robots de ocho patas están inspirados en arañas y otros arácnidos, así como en algunos caminantes submarinos. Ofrecen, con mucho, la mayor estabilidad, lo que permitió algunos éxitos tempranos con robots con patas. [1]
Los robots de ocho patas incluyen:
- Dante, un proyecto de la Universidad Carnegie Mellon diseñado para explorar el Monte Erebus . [1]
- El T8X, un robot disponible comercialmente diseñado para emular la apariencia y los movimientos de una araña. [14]
Híbridos
Algunos robots usan una combinación de patas y ruedas. Esto otorga a una máquina la velocidad y la eficiencia energética de la locomoción sobre ruedas, así como la movilidad de la navegación con patas. El mango de Boston Dynamics , un robot bípedo con ruedas en ambas piernas, es un ejemplo. [15]
Ver también
- Mecanismo de la pierna
- Dinámica de Boston
- Robot humanoide
- Enlace de Klann
- Enlace de Jansen
- Locomoción robot
- Caminante
- Mecha
- Whegs
Referencias
- ↑ a b c d e f g h i Bekey, George A. (2005). Robots autónomos: desde la inspiración biológica hasta la implementación y el control . Cambridge, Massachusetts: MIT Press. ISBN 978-0-262-02578-2.
- ^ a b c Wang, Lingfeng .; Tan, KC; Mastica, Chee Meng. (2006). Robótica evolutiva: de algoritmos a implementaciones . Hackensack, Nueva Jersey: World Scientific Pub. ISBN 978-981-256-870-0.
- ^ SM Song y KJ Waldron, Máquinas que caminan: el vehículo de suspensión adaptativa , The MIT Press, 327 págs.
- ^ J. Michael McCarthy (marzo de 2019). Síntesis cinemática de mecanismos: un enfoque basado en proyectos . Prensa MDA.
- ^ MH Raibert, Robots con patas que equilibran . Cambridge, MA: MIT Press, 1986.
- ^ a b Britton, Peter (septiembre de 1984). "Ingeniería de la nueva generación de máquinas para caminar". Ciencia popular . 225 (3). págs. 67–69.
- ^ Israel, Brett (6 de diciembre de 2016). "El robot de salto de pared es el más ágil verticalmente jamás construido" . Noticias de Berkeley . Consultado el 7 de junio de 2017 .
- ^ Jason Falconer. "Los" saltos entrecortados "de dos partes podrían reducir el consumo de energía del robot que salta" . 2012.
- ^ Byron Spice. "BowGo! Investigadores de robótica de CMU desarrollan un palo de salto que apunta alto" . 2001.
- ^ Liv. "Robot explosivo Pogo Stick salta sobre obstáculos de 25 pies" Archivado 2011-08-06 en Wayback Machine 2009
- ^ Subbaraman, Nidhi. 2013. "'Hero' Humanoid Valkyrie es el robot bípedo más nuevo de la NASA". Archivado el 22 de marzo de 2018 en Wayback Machine NBC News. 11 de diciembre.
- ^ "BigDog - el robot de terreno accidentado más avanzado de la tierra" . Boston Dynamics. Archivado desde el original el 18 de mayo de 2017 . Consultado el 7 de junio de 2017 .
- ^ Brooks, R. (1989). Un robot que camina: comportamientos emergentes de una red cuidadosamente desarrollada. Computación neuronal 1 (2): 253-262; reimpreso en R. Brooks, Cambrian Intelligence: The Early History of the New AI (Cambridge, Massachusetts: MIT Press), cap. 2.
- ^ Walsh, Michael (11 de febrero de 2017). "Arañas robot gigantes pronto nos gobernarán a todos" . Nerdista . Archivado desde el original el 15 de febrero de 2017 . Consultado el 7 de junio de 2017 .
- ^ Ackerman, Erico Guizzo y Evan (27/02/2017). "Boston Dynamics presenta oficialmente su robot con patas de rueda:" Lo mejor de ambos mundos " " . IEEE Spectrum: Noticias de tecnología, ingeniería y ciencia . Consultado el 7 de junio de 2017 .