MABEL (robot)
MABEL to robot skonstruowany w 2009 roku przez naukowców z University of Michigan , który jest dobrze znany jako najszybszy na świecie dwunożny (dwunożny) robot z kolanami. MABEL jest w stanie osiągnąć prędkość do 3,6 m/s (6,8 mph). Nazwa MABEL jest skrótem od Michigan Anthropomorphic Dwunożny Z Elektronicznymi Nogami. Wśród twórców są JW Grizzle, Jonathan Hurst, Hae-Won Park, Koushil Sreenath i Alireza Ramezani. MABEL waży 143 funty (65 kilogramów), przy czym większość jego ciężaru znajduje się w górnej części tułowia. Nogi zawierają duże sprężyny i są połączone, tworząc kolana. Robot jest przymocowany do wysięgnika bezpieczeństwa, który zapewnia stabilność boczną.
| Średnia prędkość | Maksymalna prędkość | Prześwit |
|---|---|---|
| 1,95 m/s (4,4 mil/h) | 3,06 m/s (6,8 mil/h) | 3-4 cale |
Motywacje dla MABEL
- Stwórz robota podobnego do „KRÓLIKA” (francuskiego robota dwunożnego), ale z pewnymi modyfikacjami.
- Stwórz robota, który potrafi szybko biegać, dostosowywać się do terenu i efektywnie wykorzystywać energię.
- Wprowadzaj innowacyjne, wydajne układy napędowe i mechanizmy sprzężenia zwrotnego sterowania.
- Promuj zasięg dla University of Michigan College of Engineering .
Funkcje i technologia
Części
- Sprężyna : Stawy biodrowe i kolanowe zawierają sprężynę połączoną szeregowo z dwoma silnikami.
- Stopy szpiczaste : Końce nóg MABEL mają czubek na dole, dzięki czemu stopa za każdym razem równomiernie uderza o podłoże.
- Wysięgnik bezpieczeństwa : Duży metalowy słupek, który stabilizuje. Ponieważ MABEL działa w 2D, jest niestabilny bocznie i bez wysięgnika spadłby na boki.
- Linka bezpieczeństwa : cienka lina przymocowana do lewej części środkowej MABEL, aby upewnić się, że robot nie spadnie. Zostało to dodane po tym, jak MABEL upadł po raz pierwszy, testując nierówny teren.
Innowacyjny układ napędowy
Aby MABEL działał przez dłuższy czas, naukowcy skupili się na sposobach optymalizacji wydajności układu napędowego. W przeciwieństwie do RABBIT, MABEL został zaprojektowany tak, aby mieć wszystkie cztery silniki w części środkowej zamiast nóg. Dzięki temu nogi są lżejsze i bardziej zwinne. Po drugie, większość mocy MABEL jest magazynowana w dużych sprężynach, które redukują wstrząsy i magazynują energię. MABEL wykorzystuje mechanizm różnicowy , dzięki czemu sprężyna może być uziemiona przez tułów robota zamiast bezpośredniego połączenia szeregowego z silnikiem. Pozwala to na ściskanie sprężyn w celu lepszego przyłożenia siły, która popycha środek ciężkości do góry. Innym innowacyjnym aspektem sprężyn jest to, że są one określane jako „jednostronne”, ponieważ nie wystają poza długość spoczynkową, powodując niekierowaną siłę.
Algorytmy sterowania sprzężeniem zwrotnym
Aby MABEL mógł być niezależnym biegaczem i piechurem w trudnym terenie, inżynierowie wykorzystali obliczenia w czasie rzeczywistym QNX i środowisko DAQ w celu stworzenia kontroli sprzężenia zwrotnego . Kontrola sprzężenia zwrotnego stale dostarcza do systemu różne dane wejściowe na podstawie informacji z czujników. Sterownik mierzy wartości wyjściowe za pomocą czujników i porównuje te wartości z żądaną mocą. Różnica między zmierzoną wartością wyjściową a żądaną wartością wyjściową nazywana jest „sygnałem błędu”. Sygnał ten jest następnie wykorzystywany do odpowiedniej zmiany wartości wejściowych systemu. Ta metoda kontroli sprzężenia zwrotnego dokonuje tysięcy regulacji na sekundę w celu ustabilizowania robota. Dzięki temu systemowi MABEL jest w stanie nie tylko sam się korygować, ale także reagować na nierówności terenu.
Zasięg i media
Robot MABEL stał się dobrze znany po tym, jak film na YouTube przesłany przez u/MichiganEngineering uzyskał ponad 450 000 wyświetleń. MABEL pojawił się również w CNN 19 września 2011 r., W którym współtwórca prof. Jessy Grizzle udzielił wywiadu w telewizji na żywo. Do sierpnia 2014 r. MABEL był wykorzystywany do działań informacyjnych podczas wycieczek uczniów szkół podstawowych i ponadpodstawowych po College of Engineering na University of Michigan . 14 sierpnia 2014 roku MABEL został wystawiony w Chicago Field Museum , gdzie obecnie się znajduje.
Przyszłe zastosowania
W wywiadzie dla CNN Jessy Grizzle stwierdził, że tego rodzaju technologia może być przydatna w sytuacjach przeciwpożarowych, w których strażacy uważają, że nikogo nie ma w płonącym domu, ale nadzór jest konieczny. W dalszej części wywiadu dodał również, że innowacyjne algorytmy sprzężenia zwrotnego sterowania mogą odegrać rolę w pomaganiu osobom sparaliżowanym. Powiedział, że algorytmy sprzężenia zwrotnego będą niezbędne do pomyślnego zaprojektowania egzoszkieletów , mechaniczne systemy, które przyczepiają się do ludzkiego ciała, aby wspomagać ruchy mięśni. Grizzle współpracuje obecnie z Jonathanem Hurstem z Instytutu Robotyki w Carnegie Mellon nad stworzeniem nowego dwunożnego robota o nazwie „MARLO”. Zamiast chodzić i biegać w 2D po podłączeniu do wysięgnika, MARLO będzie poruszać się w 3D. Robot w 3D oznacza, że robot byłby wolnostojący bez wysięgnika bezpieczeństwa lub linki zabezpieczającej. Podczas testów w 2013 roku MARLO wykonał 15 udanych kroków bez boomu, aby się ustabilizować.