Treffen MABEL: Weltweit schnellste 2-beinigen Roboter mit Knie

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Kürzlich hat ein Team von Forschern an der University of Michigan in Ann Arbor, einen Roboter laufen wie ein Mensch.

Der Roboter ist MABEL und "ihre" Leistung stellt die Höhe der Beweglichkeit für eine Maschine mit zwei Beinen. MABEL läuft so schnell wie 6,8 Meilen pro Stunde, und wir glauben, dass sie zu den weltweit am schnellsten zweibeinigen Roboter mit den Knien.

Das Projekt wird von Jessy Grizzle, Professor für Elektrotechnik in der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik an der University of Michigan geführt. "Ich Roboter Fortbewegung studiert haben für viele Jahre, und ich habe nie gesehen, eine Maschine, die so etwas tun," sagte er. "Es war auch für mich überraschend."

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Dieses Video zeigt MABEL in Rekord-Tempo für Roboter mit Knien ausgeführt. Bildnachweis: Koushil Sreenath, Hae-Won Park, Jessy Grizzle: University of Michigan College of Engineering

Obwohl ein bisschen laut, wie in dem Video sieht, läuft MABEL ganz anmutig. Der Roboter hat beide Füße in der Luft für 40 Prozent von jedem Schritt — wie eine echte Läufer – und ihre Füße sind ziemlich hoch über dem Boden für einen Roboter aufgehoben. Zum Beispiel, während die meisten anderen Robotern heben Sie ihre Füße etwa ein Sechstel Zoll über dem Boden, MABEL es Füße sind drei bis vier Zoll in der Luft, da sie rund um die Strecke läuft.

MABEL entstand mit Unterstützung der National Science Foundation Mittel im Jahr 2008 in Zusammenarbeit mit Jonathan Hurst, der damalige Doktorand am Robotics Institute der Carnegie Mellon University. Seit dieser Zeit, und zuletzt, University of Michigan Doktorandinnen und Doktoranden, die Koushil Sreenath, Hae-Won Park und Alireza Ramezani stand im Feedback Control Design Fortschritte in MABEL es Fähigkeit zu gehen voran haben, navigieren Sie holprigen Gelände und führen, wie im Video unten zu sehen.

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Dieses Video zeigt MABEL es ersten Versuch über unebenen Boden gehen. Im Laufe des Versuchs MABEL stolpert und fällt. Sie erhielt viele gute Besserung Wünsche von Zuschauern. Bildnachweis: Hae-Won Park, Koushil Sreenath, Jessy Grizzle: University of Michigan College of Engineering

Es ist die höchst komplexe und einzigartige Feedback-Algorithmen, kombiniert mit ein detailliertes Modell des Roboters durch Sreenath, Park, Ramezani und früher Diplom Forscher einschließlich Ioannis Poulakakis, die MABEL es Feedback unterstützen Steuerung und MABEL eine effiziente Walker in Bezug auf Energieverbrauch, sowie eine sehr agile Walker und Läufer.

Den Roboter

MABEL wurde entwickelt, um ein Mensch Gewichtsverteilung zu imitieren, und Quellen, die wirken wie Sehnen des menschlichen Körpers. Der Roboter wiegt im 143 Pfund (65 kg), und wie ein Mensch, der das Gewicht konzentriert sich in der oberen Hälfte des Körpers. Das hält die Beine relativ leicht, so dass sie für die schnelle Fortbewegung schnell vorwärts und rückwärts bewegen können.

Die Federn in den Roboter dienen zwei Zwecken. Die erste ist als Stoßdämpfer zu handeln, wenn der Roboter Beine den Boden schlagen. Hat aufwendige, läuft eine Flugphase wo beide Füße den Boden und Standphase sind, wo ist ein Bein auf den Boden. Wenn ein 143 Pfund Roboter wie MABEL die Flugphase von der Landung auf einem Bein endet, ist die Kraft ziemlich groß. Die Federn machen die Landung sanfter, wie Stoßdämpfer im Auto. Dies ist vergleichbar mit was die Bogen in den Fuß für Sie, oder ein gutes Paar Laufschuhe bedeutet.

Das zweite Ziel der Federn ist, Energie zu speichern. Dies ist analog zu einem Pogo-Stick oder ein Trampolin – der Roboter wippt auf und ab auf die Federn, Speicherung und Freisetzung von Energie bei jedem Schritt. Dieser Effekt ist ein wichtiger Aspekt der alle tierischen laufen (und hüpfen). MABEL erscheint der erste Roboter mit menschenähnlicher Morphologie, auf diese Weise ausführen zu können.

Kontrollierter Betrieb

Der Schlüssel zu MABEL es anmutig Gang- und Laufstil Adept ist die genau abgestimmte Rückkopplungsregler.

Ein Feedback-Controller wird verwendet, um sicherzustellen, dass ein System ein gewünschtes Ziel vollbringt durch Eingänge ständig anpassen, wenn das System scheint in die Irre zu gehen. Ein einfaches Beispiel ist ein Thermostat auf ein Haus Ofen: Wenn die Haus-Temperatur unter einen bestimmten Wert fällt, schaltet die Hitze.

Der Rückkopplungsregler in MABEL macht Tausende von Anpassungen pro Sekunde zu halten ihr auf die Füße und halten ihr voran.

Die Grundlage für den Rückkopplungsregler ist ein detailliertes Modell des Mechanismus. Das Modell wird verwendet, um festzustellen, dass die beste Beziehung zwischen der Roboter der Schwerpunkt und die Bewegungen des Roboters andere Gelenke ist. Der Rückkopplungsregler unterhält diese spezielle Beziehung für den Roboter. Sensoren werden eingesetzt, um die notwendigen Informationen für die Steuerung der Motoren zu sammeln.

Für Feedback-Kontrolle-Aficionados: MABEL verwendet einen nichtlinearen, konform Hybrid Null Dynamik-Controller mit aktiver Kraftregelung, läuft in Echtzeit. Wie wäre das! Dieser Rahmen wurde über mehrere Jahre dank der Unterstützung der National Science Foundation entwickelt. Rahmender Hybrid Null Dynamik war maßgeblich für den Erfolg der laufenden Steuerung.

HERZVORHÖFE am Horizont

Einige Leute, die das Video zu sehen sind überrascht zu sehen, dass ein Boom MABEL zugeordnet ist, und denke, dass dies irgendwie die Leistung verringert. In der Tat die nächste Robotergeneration kommen aus der Forschung werden freistehend, und er wurde bereits als HERZVORHÖFE. HERZVORHÖFE werden jedoch eines Tages laufen und Rennen nur wegen des Jahrzehnts der Arbeit zu diesem Punkt, MABEL und ihre Vorgängerin, Kaninchen zu schaffen.

HERZVORHÖFE wird bereits von Hurst, gebaut, der jetzt an der Oregon State University. Sobald HERZVORHÖFE errichtet wird, wird der Roboter im Sommer 2012 in Grizzle Labor gebracht werden. Sie hoffen, der Roboter, und zu Fuß durch die Ende des Jahres haben.

Die nächste Generation von Studenten zu übernehmen, die vielen Herausforderungen der HERZVORHÖFE ist bereits ausgebildet. Alireza Ramezani ist sein Handwerk durch die Ausbildung neben Sreenath und Park zu lernen, wie sie MABEL zusammenarbeiten.

Bleiben Sie mit den neuesten Entwicklungen in zweibeinigen Roboter auf Grizzle Web-Seite und YouTube-Kanal des Konzerns.

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde von der National Science Foundation unterstützt , die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter die Kulissen-Archiv.