Механические ноги (педипуляторы), обеспечивают передвижение мобильного робота и предоставляют возможность перешагивания препятствий, соответственно, использование шагающего робота целесообразно, когда препятствия непреодолимы для гусеничного и колесного робота, это могут быть предметы высотой больше чем высота шасси робота или болотистые местности, а применение шасси больших габаритов не приемлемо ввиду использования робота на пересеченной местности или в городской обстановке, а также высокой потребляемой мощности шасси.
Сколько ног нужно роботу? Количество ног влияет на устойчивость робота, соответственно применение роботов с количеством ног более одной пары(многоногая ходьба или многоногая локомоция) целесообразно при сложном рельефе местности. Использование одной пары ног (двуногая ходьба или бипедальность, бипедальная локомоция) целесообразно для передвижения в интерьере помещения и городской местности, т.к. такая среда адаптирована для человека с его прямохождением на двух ногах.
В каких целях применять шагающие роботы? Если обратиться, например, к научно-фантастическим фильмам, то, чаще всего, шагающие роботы изображены в виде боевых машин и может сложиться ошибочное мнение, что такая техника панацея на поле боя, но это не так.
В киновселенной “Звездные войны” или, например, в научно-фантастическом фильме “Аватар”, подобные машины используются в боевых действиях на открытой и пересеченной местности, что полностью демаскирует их из-за высокого профиля, и делает легкой целью для артиллерии и другого тяжелого вооружения. В противоположность предыдущему примеру, в первой части фильма “Робокоп” и фильме “Робот по имени Чаппи” показаны шагающие роботы, действующие в городской среде, но конструкция их педипуляторов не позволяет им перешагивать большие препятствия (для эффективного перешагивания конструкция педипуляторов должная быть аналогична строению человеческой ноги), а также маневренно перемещаться в обстановке города, что делает их легкой целью, несмотря на наличие тяжелой брони. Ситуация полностью аналогична с применением танков в черте города.
Рисунок 1 — Шагоход AT-AT из к/ф «Зведные войны»
Рисунок 2 — Экзоскелет AMP из к/ф «Аватар»
Рисунок 3 — Робот ED-209 из к/ф «Робокоп»
Рисунок 4 — Робот MOOSE из к/ф «Робот по имени Чаппи»
Рассмотрим, где целесообразно использовать шагающие роботы.
Роботы с бипедальной локомоцией:
- в виде андроидов, в сфере социального обслуживания, в потребительской робототехнике;
- в виде платформы с целевым оборудованием и манипуляторами, в чрезвычайных ситуациях, например, при разборе завалов, в строительстве, в обслуживании технических объектов (техники, агрегатов);
- в виде бронированной платформы с оружейной системой и манипуляторами для огневой поддержки наземных операций в городской обстановке, уничтожения инженерных заграждений, баррикад, при этом ориентировочная высота робота не должна превышать два средних человеческих роста, т.е. 350 см (данное значение получено интуитивно исходя из СНиП 2.09.04-87, где указано, что жилые здания должные иметь высоту потолков не менее 250 см, а административные не менее 300 см, естественно, данный вывод не претендует на однозначность), для эффективного укрытия в городском рельефе (т.е. как минимум за одноэтажным зданием) и достаточных размерах для размещения полезной нагрузки.
Роботы с многоногой локомоцией:
- в виде платформы с грузовым отсеком, для экспедиций по пересеченной, болотистой и горной местности, при этом, желательна конструкция платформы со множеством сочленений по принципу строения туловища гусеницы, для лучшей огибаемости препятствий.
Заключение. В настоящее время шагающие системы используются только в экспериментальных образцах робототехники и исследовательских платформах, и широкого применения не нашли, т.к. не решены вопросы балансирования и эффективного энергообеспечения приводов педипуляторов. Но определенность в использовании подобных мобильных роботов необходима уже сейчас для разработки концепций практических значимых образцов.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
Комментарии (62)
ApplejackApple
27.02.2016 13:32ОБЧР настолько ущербны в реальной жизни будут, что даже рассматривать всерьез их глупо. Какие-нибудь экзоскелеты, вроде тех, что были у Масамунэ Широ, ASIMO, атлас и подобные роботы могут быть полезны, но гигантские шагающие роботы только для кино и аниме годятся.
Arxitektor
27.02.2016 14:49Может только в качестве платформы для разбора завалв этакий экзоскилет.
позволяющий поднимать блоки по 2-3 тонны
пусть и с питанием от внешнего источника.
Да и для погрузочных работ подходят.
если сделать грузоподъёмность до тонны и компактность.Hellsy22
27.02.2016 15:44+1Приложить силу для поднятия груза — это только часть задачи. Нужно еще и создать соответствующую опору, чтобы не перевернуться. И как-то поднятый блок вытащить, не оказавшись заваленным соседними. В экстренной ситуации еще куда ни шло, а для рядовых погрузочно-разгрузочных работ лучше обойтись автопогрузчиком и краном.
alfatapok
27.02.2016 16:20Опора создается таким-же образом как и у человека с помощью расстановки педипуляторов (ног).
Rikkitik
27.02.2016 19:13А почему вы не рассматриваете вариант трёхногого робота? Это даст максимальную устойчивость (проекция центра тяжести системы просто должна попадать в треугольник между "ногами") и минимум лишних телодвижений.
При той же разборке завалов, когда приходится перемещать тяжёлые предметы по сложным траекториям относительно опоры, центр тяжести сильно перемещается. Двуногому придётся периодически перешагивать (именно так решают эту задачу люди), что в случае обрушения конструкций опасно: лучше раз найти надёжный участок и не шевелить ногами, пока возможно.alfatapok
27.02.2016 20:08В плане перемещения грузов — все верно, но добавление третьего педипулятора уменьшает мобильность робота.
Rikkitik
27.02.2016 20:47При нестабильной поверхности (развалины, снег, болото, разбитая дорога с выбоинами, каменная осыпь и т. д.) стоит быстроту принести в жертву безопасности, "нащупывая" одной ногой опору, в то время как центр тяжести находится между двумя-тремя другими. Недаром двуногость в природе себе позволяют в основном птицы, с их страховкой в виде крыльев. На гладкой и надёжной поверхности можно использовать не все наличные конечности, "подняться с четверенек", но это не повод дополнительные конечности не делать в роботе, хоть сколько-нибудь претендующем на универсальность/ многозадачность.
alfatapok
27.02.2016 20:54А в боевых условиях? Там нужна большая маневренность. Хотя можно третью ногу убирать и использовать как дополнительное оборудование.
Rikkitik
27.02.2016 21:48Именно это я и пытаюсь донести: убрать "лишние" ноги гораздо проще, чем внезапно "отрастить". Приоритет двуногости имеет смысл только в андроидах, к которым я вообще крайне скептически отношусь.
Роботы в жизни совсем не похожи на тех, что в кино, потому что рациональность и зрелищность обычно — противоположные полюса.
ApplejackApple
27.02.2016 21:52А в боевых условиях ноги будут только мешать и делать робота уязвимым.
alfatapok
27.02.2016 22:02Разве проблема сделать защищенные педипуляторы? Клиновидные бронепластины вдоль каждого сегмента педипулятора. Хотя все это напоминает дележку не убитого оленя, такие машины появятся не скоро, и с помощью каких технологий будут реализованы тоже не понятно...
geher
27.02.2016 21:54Четвероногие хищники и их жертвы оспорили бы данное утверждение.
По стенам почти отвесным рассекают (козлы и барсы), по завалам всяким и буреломам.alfatapok
27.02.2016 21:58Не сравнивайте подвижность живых существ и механизмов, это несовместимые вещи на ближайшие лет 50.
alfatapok
27.02.2016 22:06Сравните, например, энергопотребление мышц человека и механизмов робота для совершения одной и той же операции. разница колоссальная.
geher
27.02.2016 22:27Сложно сказать про эффективность. А не тратит ли двуногий больше мощности управляющего компьютера на задачи удержания равновесия в сложной ситуации?
alfatapok
27.02.2016 23:36мне кажется потребление мощности бортового компьютера, даже не стоит рассмвтривать, т.к. по сравнению с потреблением мощности механических частей, очень мала
geher
28.02.2016 10:01Я основываюсь на том, что четвероногим хватало возможностей на противодействие достаточно мощным опрокидывающим воздействиям (есть кадры, как четвероногих пытаются повалить разными способами, в том числе сильными пинками). Двуногие же на такое просто неспособны. И кадров серьезных испытаний на устойчивость при сильных внешних механических воздействиях, как следствие, нет.
alfatapok
28.02.2016 10:06А то, что показано в видео про андроида Atlas в начале комментариев? Разве плохая устойчивость?
geher
28.02.2016 10:43При действительно сильном воздействии он просто упал, в отличие от четвероногих собратьев. Все-таки возможность поместить центр тяжести на площадь между конечностями, а не на линию, является большим плюсом в условиях боя. И близкий взрыв спереди или сзади двуногого просто опрокинет, в то время как четвероногий сможет удержаться. На пересеченной местности это может стать критически важным фактором. А на ровной колесные и гусеничные машины с низким силуэтом более оправданы, чем высокие шагающие конструкции.
Коротконогие же, хоть и будут обладать более низким центром тяжести, будут иметь меньше возможностей, чтобы скомпенсировать внешнее воздействие.
Примерно так.alfatapok
28.02.2016 10:48+1Маленькая поправка. Центр тяжести в обоих случаях помещается на плоскость между опорами, но в одном случае эта плоскость представляет узкий прямоугольник, в другом случае широкий, т.е. площади разные
Artoo-Detoo
28.02.2016 13:32Да он просто тормоз, поэтому и упал. :)
А если серьезно, ему нужен отдельный быстрый алгоритм для удержания равновесия. И отдельно основная программа передвижения с удержанием равновесия. К примеру возникает серьезный крен и атлас переключается на быстрый алгоритм, но он не распознает поверхность, ступая куда придется. А в нормальной ситуации тщательно выверяет куда опору поставить. К примеру у BigDog, быстрый алгоритм удержания равновесия.
Господа специалисты, я надеюсь достаточно внятно выразил свою мысль.geher
28.02.2016 13:57Так они пока все тормоза те еще, и по вычислениям, и по механике.
Но в любом случае, как мне кажется, при прочих равных четвероногие будут устойчивее.
Возможно, наступит момент, когда простота механической конструкции двуногой конструкции будет важнее, чем дополнительные затраты на балансировку. Но вроде пока не сейчас.Artoo-Detoo
28.02.2016 14:27Естественно что четыре опоры лучше чем две, в плане устойчивости. Как в статике, так и в движении. Но это усложнение конструкции, алгоритмов. Все зависит от целей, что более подходит, то и применяют.
Tamul
27.02.2016 23:37Человеческий организм в сутки потребляет 2000 килокалорий — 8373 килоджоуля. Плотность энергии в никель-кадмиевых аккумуляторах — 110 килоджоулей на килограмм (76 кг батарей на суточную норму), в сливочном масле — 31000 кДж (250 грамм или 10-15 бутербродов на сутки).
Разница колоссальная выходит не столько в потреблении, сколько в энергоносителях.alfatapok
27.02.2016 23:40+1согласен, но все таки, мне кажется потребление энергии приводами, например, для перемещения на 1 метр робота намного больше, чем у человека, если принять, что масса у них одинаковая, например 80кг
BigBeaver
28.02.2016 00:55емнип, была тут где-то статья про робота-гепарда, близкого по энергоэффективности к природным аналогам. там шел акцент на разработку специализированных моторов для задач робототехники.
по-моему, здесь раскрыта эта тема https://geektimes.ru/post/172611/
Artoo-Detoo
27.02.2016 16:00-1Я бы проголосовал за Атома, из живой стали. Но к сожаление его
забылине включили.Artoo-Detoo
28.02.2016 23:22Бесят товарищи у которых отсутствует мозг, но есть возможность молча(и без причины) гадить в карму.
RavenStark
27.02.2016 16:21+2Во-первых, экзоскелет и четырехногий шагающий танк — не роботы, а боевые машины, управляемые людьми. Во-вторых, что ж вы BattleTech не упомянули? Это же классика ОБЧР.
alfatapok
27.02.2016 16:29-1Дорогой друг! Экзоскелеты и шагающие машины, управляемые людьми, как раз относятся к робототехнике, т.к. в них присутствуют механизмы (манипуляторы и педипуляторы), необходимые для осуществления действий, подобных человеческим. Робот это не только полностью автоматическая система, в робототехнике различают как автоматическое управление так и автоматизированное с человеком-оператором. Почитайте "Основы робототехники" Ю.Е. Юревича, там все рассказано.
RavenStark
27.02.2016 18:26То, что управляется человеком, все же манипулятор, а не робот. Собственно, ваш же ответ содержит определение: автоматизированная система с оператором или без является роботом. Шагающий танк, экзоскелет, прочее подобное, роботами не является, так как нет достаточного уровня автоматизации.
geher
27.02.2016 17:20Понятие «роботы» слишком размыто в наши дни.
Из изначального «машина, самостоятельно, без участия человека, выполняющая определенную работу» оно превратилось в черт знает что.
Так что роботом сейчас вполне можно назвать все, что угодно, от обычной кофеварки, в которую засыпают и заливают сырье, а потом просто нажимают кнопку, до простого дистанционно управляемого манипулятора.alfatapok
27.02.2016 17:56-1Ну с кофеваркой это уже через чур)
Barafu
27.02.2016 18:53Черезчур. Но всё же она куда больше подходит под определение робота, чем простой экзоскелет.
Xobotun
27.02.2016 23:41И всё же «чересчур». :)
Но да, робот-экзоскелет должен уметь перемещаться и действовать самостоятельно, т.е. иметь хоть какой-то базовый алгоритм перемещения без человека, а манипулятор-экзоскелет – всего лишь эскаватор, который можно надеть на себя подобно пиджаку.
RavenStark
27.02.2016 18:29Нельзя. Как и указано выше, робот должен иметь возможность автоматического выполнения своих задач, человек-оператор остается при этом только для контроля и задания общего направления действий, вроде постановки задачи. Если же автоматизированы только отдельные функции, роботом это назвать нельзя.
geher
27.02.2016 18:56Так называют же, причем массово и безнаказанно.
Например, робот-хирург на поверку может оказаться простым дистанционно управляемым механизмом, вся автоматизация которого в лучшем случае — устранение влияния на управление дрожания рук оператора.
Да и другие дистанционно управляемые механизмы роботами частенько обзывают. В частности, робот телеприсутствия часто оказывается дистанционно управляемой тележкой с камерой и экраном, на котором отображается изображение с камеру оператора.RavenStark
27.02.2016 19:06Ну, называют. Так ведь и светодиод лампочкой называют, хоть это и безграмотно.
alfatapok
27.02.2016 20:21Остановимся на том, что и экзоскелеты и шагающие роботы и манипуляторы изучает робототехника и смежные дисциплины, оттуда называют роботом все что душе угодно, а классически, конечно, робот это устройство которое воздействует на физическую среду, автономно и работает в автоматическом режиме.
geher
27.02.2016 17:31> В киновселенной “Звездные войны” или, например, в научно-фантастическом фильме “Аватар”, подобные машины используются в боевых действиях на открытой и пересеченной местности, что полностью демаскирует их из-за высокого профиля, и делает легкой целью для артиллерии и другого тяжелого вооружения.
В киновселенной “Звездные войны” шагающие машины используются по такой же тактике, как и тяжелые боевые корабли в космосе. Они тупо прут на огонь противника, сдерживая его (огонь) силовыми щитами до истощения последних.
Общепринятая странная тактика странного (хоть по своему и красивого) мира.
В «Аватаре» роботы работают по целям, которые вроде как просто не обладают тяжелым вооружением по определению, ибо «дикари-с».alfatapok
27.02.2016 17:53В любом случае такие машины (в случае с фильмом "Аватар") легко себя обнаруживают, если конечно не стоит задача "уничтожить все что движется", да и без поддержки пехоты, такие боевые единицы достаточно легко уничтожить.
tormozedison
27.02.2016 20:54Основное применение шагоходов (а также орнитоптеров), на мой взгляд — это прорабатывать математику, требуемую для их реализации.
alfatapok
27.02.2016 20:56Вы имеете в виду "вещь в себе"? Т.е. шагаюшие роботы для того что бы изучать шагающих роботов?
tormozedison
27.02.2016 21:45Лишний проработанный математический аппарат не помешает. Экзосткелетоны, в т.ч., для инвалидов, айбоподобные всякие штуки, другие применения.
alfatapok
27.02.2016 22:04Мат. аппарат это инструмент для решения технических задач, а не наоборот, мне так кажется...
teifo
28.02.2016 14:22Мне вот больше нравится вариант в виде паука какого. Большое количество манипуляторов гораздо удобнее, чем уязвимая двуногость. Экзоскелеты конечно хорошо, но для боевых действий в городе вес будет иметь значение, не везде же перекрытия выдержат, а если нога в какую ямку провалиться? А при падении более массивного тела еще и поломает ногу? Что с роботом то делать? Было бы конечно хорошо, если два болта открутил и новую ногу ставил, но будет такой ремонт доступен в поле неизвестно. Вот четвероногие носильщики очень даже вариант.
Arxitektor
28.02.2016 18:41+1Да у систему которых ног 6-8 ног с возможности сохранять функциональность и продолжать движение бой с потерей 2-4 конечностей лучшие чем когда ног 4-2 при потере 1 уже проблемы.
Робот поддержки в виде паука м 6-8 конечностями будет интересен в городе особенно если высота будет до 1 метра. и вес до 100-150 кило.
и возможностью движения по лестничным пролётам с 6-8 ногами легче решается.
zloydiadia
29.02.2016 10:40+1так вы о роботах или применении ногоходибельности на поле боя.
начнем с того что всех критериев из того что вы изложили — не более чем нравится/не нравится.
преимущества шагающего шасси по сравнению с колесным и гусеничным — проходимость сложного рельефа, возможность использования части опор в качестве манипуляторов(из 6 опор 2 превращаются в "руки" например и используются для погрузки), большая вариативность клиренса("привстали","прижались к земле", "расставили/собрали ноги") .
недостатки — более сложная кинематическая схема с большими рычагами и, как следствие — меньшая надежность, большие требования составляющим деталям. увеличивается общая площадь всего механизма и значит при равной массе защиты толщина её будет меньше. меньшая площадь опоры (не проекции площади между ногами а площади соприкосновения с несущим субстратом) при прочих равных.
вообще области применения 2 — в предназначеном для человека окружении, взаимодействие с человеческим интерфейсом (помещения, общение с людьми, использование в качестве экзоскелета или экзокостюма) то есть там, где необходимо сохранить удобство человеку.И, все остальные варианты которые напрямую привязаны к области применения и задаче.для то есть на дорогах лучше колесо, по пескам и болотам скорее всего лучше гусеницы. а вот по горам и камням многоногое шасси.
стоит отметить что в эту концепцию вписывается и "робот" из аватара который на самом деле экзоскелет для использования крупного вооружения, то есть заточен на интуитивно понятный человеку интерфейс.применение его в жджунглях оправдано — выскоий профиль маскируется растительностью, двуногое шасии обеспечивает маневренность между тесными препятствиями, крепко переплетенный дерн и корни обеспечивают достаточную прочность поверхности для опоры.
человек как организм, заточенный под джунгли кстати тоже формировался как 4 опорное шасси — у обезьян ноги не сильно отличаются от рук, да еще и хвостом пользуются. и лишь потом разв илось разделение функций. хотя на сложном рельефе (скалы, лед)
или при частичном поражении бортового вычислителя(алкоголь например) человек возвращается к наиболее устойчивому шасси — 4 ногому.
Таким образом в природе с массе своей двуногой прямоходячестью страдают только организмы, с замещенной функцией верхних конечностей (хватательной, летательной, плавательной) у насекомых с большим количеством конечностей таких проблем вообще нет.alfatapok
29.02.2016 15:23Со всем согласен. Но вот
применение его в джунглях оправдано — выскоий профиль маскируется растительностью
Да маскируется, но на больших дистанциях, а чем меньше дистанция, тем и эффект маскировки ниже.
zloydiadia
01.03.2016 09:24а вы с чем сравниваете — с танком, бтркой или с чем? чем ближе — тем хуже работает маскировка — это для всего справедливо, ибо чем ближе — тем крупнее детали. никто кстати не отменял вариант увешаться веточками или масксетью. при равной массе танк будет ниже(и скорее всего меньше в обьеме ибо шасси компактнее), но неповоротливее в джунглях, но танку сравнимых(!)размеров сложнее преодалевать корневища и завалы, сложнее запихнуть пилота. А вообще я бы сказал что аналог на другом шасси это багги. — вот и сравните.
alfatapok
01.03.2016 10:14Согласен. Элементы маскировки частично решают проблему, особенно если ширина небольшая (до 2 м). Но, в любом случае эксплуатация боевой техники в лесу/джунглях сложная задача. А вообще не имея никакого опыта в ведении боевых действий (неважно где) рассуждать на такие темы бессмысленно… Как и писать статьи такой тематики на GT)
Valdei
02.03.2016 13:50Что-то действительно рациональное, скорее всего, начинаться будет с 6-8 ног (если не стоит отдельной задачи «сделать андроида»).
Просто по соображениям возможности потерь ног. Навряд ли кому-то нужна машина, которая при первом же подрыве на мине полностью теряет подвижность и боеспособность (бипедальная схема) или очень-очень сильно в них ограничивается (4 ноги).
Основная проблема больших шагающих шасси — инерция «ног». Каждую надо разогнать, затем остановить, погасить вибрации.
Это очень сильно снижает энергоэффективность, которая и так не слишком высокая из-за увеличения массы шасси.
С учётом проблем и очень узкой специализации большие «многоноги» массово-серийно появятся не скоро.
Они просто не нужны, невыгодны.
P.S.
В этой статье должно быть это видео: http://www.youtube.com/watch?v=ftV2HeKPeBMalfatapok
02.03.2016 21:03Соглашусь с автором комментария, но все же считаю, что робот на педипуляторах (не менее 4 ног) очень подходит для решения задачи: разбор завалов, инженерных заграждений.
invekc
Почему в статье нет ни слова о Atlas? Можно добавить его также к списку вариантов ответов.
Artoo-Detoo
Если вы не заметили, все роботы в опросе нарисованные.
Meklon
Я думал он в итоге рубанет этого злобного мужика с клюшкой, который его угнетал.
ApplejackApple
Рубанет! Обязательно рубанет, и не раз. Весь мир в труху. Но потом…
fonegg
Потом сборная Boston Dynamics по хоккею сделает канадцев и шведов.