سگ‌های رباتیک چینی برای مهارت‌های بی‌نظیر در زمین‌های ناهموار، به پای-چشمی مجهز می‌شوند
ربات‌های چهارپایی معمولاً در کاوش‌های خارج از جاده در محیط‌های نامنظم به دلیل نداشتن سنسورهای مناسب در پاهایشان با مشکل مواجه می‌شوند.
برای حل این مشکل، محققان چینی پاهای سنسوری مبتنی بر بینایی به نام Foot Vision را معرفی کرده‌اند که قابلیت‌های ربات‌های چهارپا را بهبود می‌بخشد.
طراحی این ربات شامل دوربین داخلی، زیرپایی شفاف با علامت‌های قابل مشاهده و مچ پای انعطاف‌پذیر است.
محققان دانشگاه علم و فناوری جنوب در شنژن هدف داشتند طراحی پایی را توسعه دهند که از لحاظ قیمتی قابل قبول، سبک و قابل تطبیق با سطوح سخت و نرم باشد.
جزئیات تحقیقات تیم در مجله نامه‌های رباتیک و اتوماسیون IEEE منتشر شده است.
پایداری افزایش یافته ربات
درک تماس برای پایداری ربات‌های چهارپا حیاتی است. روش‌هاي سنتی برای تخمین نیروهای واکنش زمین (GRFs) برای جلوگیری از لغزش و حفظ کنترل استفاده می‌شوند. با این حال، این روش‌ها معمولاً در تطابق دقیق با زمین‌های ناهموار با مشکل مواجه می‌شوند.
به گفته محققان، روش‌های کنونی که از مدل‌های دینامیکی و تورک مفصلی استفاده می‌کنند، پیچیده و حساس به تغییرات هستند، در حالی که روش‌های تطبیق صفحه‌ای در زمین‌های ناهموار خطا ایجاد می‌کنند. پاهای سنسور دارای واحدهای اندازه‌گیری اینرسی (IMUs)، سنسورهای نیرو F/T یا FSRها دارای محدودیت‌هایی مانند هزینه بالا، شکنندگی و عملکرد ضعیف در شرایط دینامیکی هستند.
برای حل این چالش‌ها، تیم به دنبال طراحی سنسور لمسی مبتنی بر بینایی بود که مانند سنسورهای استفاده شده در دستکاری رباتیک، به عنوان سنسور ارزان، سبک و مقاوم برای ربات‌های چهارپا عمل کند.
محققان ادعا می‌کنند که Foot Vision اولین تلفیق سنسور مبتنی بر بینایی با ربات چهارپا است. این سنسور خاص قابلیت‌های حس کردن نیروهای تماس 6D، تخمین شیب سطوح، و درک تعامل پا با زمین را تنها با استفاده از یک دوربین ترکیب می‌کند.
طراحی نوآورانه پا
تیم Foot Vision را به منظور افزایش قابلیت‌های درک تماس ربات‌های چهارپا و اطمینان از حرکت پایدار طراحی کرده است. این پای سنسور مبتنی بر بینایی برای ادغام در ربات چهارپای Unitree Go1 طراحی شده است، مطابق با مشخصات طراحی خاص.
این موارد شامل حفظ ابعاد و وزن سازگار، حداکثر سازی مساحت زیرپایی برای کاهش فرو رفتن در زمین‌های نرم، اطمینان از یک سیستم حسگر ساده و مقاوم، و قرار دادن یک مچ پای انعطاف‌پذیر به گونه‌ای که پایداری را بدون مختل کردن سیستم بصری تضمین کند.
Foot Vision وزنی معادل 120 گرم و ارتفاعی برابر 60 میلی‌متر دارد و شامل زیرپایی دایره‌ای مسطح با قطر 100 میلی‌متر است. زیرپایی از جنس اکریلیک شفاف و یک صفحه مرکزی چاپ سه‌بعدی توخالی ساخته شده و از پیچ‌های مشکی به عنوان نشانگرهای بصری استفاده می‌کند.
یک دوربین فیش‌آی با میدان دید 180 درجه تعامل پا با زمین را ثبت می‌کند. به گفته محققان، مچ پا از TPU ساخته شده و تحت نیرو به صورت شعاعی تغییر شکل می‌دهد بدون اینکه دید دوربین مختل شود و کل سیستم با پارچه ضد آب برای جلوگیری از ورود گرد و غبار و آب مهر و موم شده است.
حسگر terrain دینامیک
آزمایش‌ها نشان داد که Foot Vision می‌تواند نیروها و تورک‌های تماس را به صورت دقیق و دینامیک در زمان واقعی (100 هرتز) با دقت بیش از 95 درصد پیش‌بینی کند.
هنگامی که بر روی ربات چهارپا نصب شد، پای سنسور توانایی تشخیص نیروهای تماس 6D بر روی سطوح مختلف و تخمین شیب سطح محلی را به طور موثر داشت. زیرپایی شفاف به دوربین درون پا امکان تشخیص نوع زمین و اندازه‌گیری مستقیم توزیع جریان خاک را می‌دهد.
به گفته محققان، نتایج آزمایش‌ها تأیید می‌کند که این پای سنسور مبتنی بر بینایی قابلیت‌های درک تماس ربات‌های چهارپا را در محیط‌های مختلف به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
بهبودهای آتی
در حالی که Foot Vision امیدوار کننده است، فضا برای بهبود وجود دارد. استفاده طولانی مدت ممکن است باعث خستگی مواد در مچ پای انعطاف‌پذیر شود که دقت نیروهای تماس را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
محققان قصد دارند از مواد مقاوم‌تری استفاده کرده و فرآیند ساخت را بهبود دهند. بهبود نقش برجسته با پدهای گروزر باعث بهبود چسبندگی می‌شود و یک شیلد نور بازتاب‌های LED را به حداقل می‌رساند، حفظ دید.
علاوه بر این، ادغام داده‌های Foot Vision به تخمین‌گر حالت دقت تماس و شیب را بهبود می‌بخشد. تیم همچنین قصد دارد تخمین موقعیت پای و الگوریتم‌های کنترلی بهینه‌سازی کند تا پایداری حرکت بهبود یابد.
