Los robots con patas son un tipo de robot móvil que utiliza extremidades articuladas, como mecanismos para las 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 caminantes , están diseñados para la locomoción en terrenos accidentados y requieren el control de actuadores de patas para mantener el equilibrio, sensores para determinar la colocación del pie y algoritmos de planificación para determinar la dirección y la velocidad del movimiento. [3] [4] El contacto periódico de las patas del robot con el suelo se denomina marcha del caminante.
Para mantener la locomoción, el centro de gravedad del caminante debe estar sostenido de forma estática o dinámica. El apoyo estático se proporciona al asegurar que el centro de gravedad se encuentre dentro del patrón de apoyo formado por las piernas en contacto con el suelo. El apoyo dinámico se proporciona al mantener la trayectoria del centro de gravedad ubicada de manera que pueda ser reposicionado por las fuerzas de una o más de sus piernas. [5]
Tipos
Los robots con patas se pueden clasificar según la cantidad de extremidades que utilizan, lo que determina los modos de andar disponibles. Los robots con muchas patas tienden a ser más estables, mientras que los que tienen menos patas les permiten una mayor maniobrabilidad.
Los robots bípedos o de dos piernas presentan un movimiento bípedo . Por ello, 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 proporcionan mayor estabilidad al tiempo que reducen la movilidad. Alternativamente, los sistemas más avanzados utilizan 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 el control del movimiento y la marcha. La complejidad de estas tareas se presta al aprendizaje automático . [2]
El movimiento bípedo simple se puede representar de forma aproximada mediante un polígono rodante en el que la longitud de cada lado coincide con la de un paso. A medida que la longitud del paso se acorta, el número de lados aumenta y el movimiento se aproxima al de un círculo. Esto conecta el movimiento bípedo con el movimiento sobre ruedas como límite de la longitud de la zancada. [2]
El robot cuadrúpedo "BigDog" estaba siendo desarrollado como una mula que pudiera atravesar terrenos difíciles.
Los robots cuadrúpedos o de cuatro patas presentan un movimiento cuadrúpedo . Se benefician de una mayor estabilidad en comparación con 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 nuevo robot mini Cheetah del MIT que da volteretas hacia atrás
Aliengo [14] de Unitree Robotics
Pupper de Stanford [15]
Los robots de la Open Dynamic Robot Initiative con 8DOF y 12DOF [16] [17]
Robot botcat con columna vertebral móvil [18] [19]
Robot Cheetah-Cub del Laboratorio de Biorrobótica [20] [21]
Robot Oncilla del Laboratorio de Biorobótica (código abierto) [22] [23]
Robot Morti del Grupo de Locomoción Dinámica [24] [25]
Tejón de miel de MAB Robotics [26]
Svan M2 de xTerra Robotics [27]
De seis patas
Los robots de seis patas, o hexápodos , están motivados por el deseo de una estabilidad aún mayor que la de los robots bípedos o cuadrúpedos. Sus diseños finales suelen imitar la mecánica de los insectos, y sus andares pueden clasificarse de forma similar. Entre ellos se incluyen:
Marcha ondulada: la marcha más lenta, en la que los pares de patas se mueven en una "ola" desde atrás hacia adelante.
Marcha en trípode: un paso ligeramente más rápido, en el que se mueven tres patas a la vez. Las tres patas restantes proporcionan un trípode estable para el robot. [1]
Odex, un hexápodo de 375 libras desarrollado por Odetics en la década de 1980. Odex se distinguía por sus computadoras a bordo, que controlaban cada pata. [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] [28]
Los robots de ocho patas están inspirados en las arañas y otros arácnidos, así como en algunos caminantes submarinos. Ofrecen, con diferencia, la mayor estabilidad, lo que permitió algunos de los primeros éxitos de los robots con patas. [1]
El T8X, un robot disponible comercialmente diseñado para emular la apariencia y los movimientos de una araña. [29]
Híbridos
Algunos robots utilizan una combinación de patas y ruedas, lo que les otorga la velocidad y la eficiencia energética de la locomoción con ruedas, así como la movilidad de la navegación con patas. Handle , de Boston Dynamics , un robot bípedo con ruedas en ambas piernas, es un ejemplo. [30]
^ abcdefghi Bekey, George A. (2005). Robots autónomos: de la inspiración biológica a la implementación y el control . Cambridge, Massachusetts: MIT Press. ISBN 978-0-262-02578-2.
^ abc Wang, Lingfeng.; Tan, KC; Chew, Chee Meng. (2006). Robótica evolutiva: de algoritmos a implementaciones . Hackensack, NJ: World Scientific Pub. ISBN978-981-256-870-0.
^ SM Song y KJ Waldron, Máquinas que caminan: el vehículo con suspensión adaptativa , The MIT Press, 327 pp.
^ J. Michael McCarthy (marzo de 2019). Síntesis cinemática de mecanismos: un enfoque basado en proyectos. MDA Press.
^ MH Raibert, Robots con patas que mantienen el equilibrio . Cambridge, MA: MIT Press, 1986.
^ ab Britton, Peter (septiembre de 1984). "Diseñando la nueva generación de máquinas para caminar". Popular Science . Vol. 225, núm. 3. págs. 67–69.
^ Israel, Brett (6 de diciembre de 2016). "El robot saltador de paredes es el más ágil verticalmente jamás construido". Berkeley News . Consultado el 7 de junio de 2017 .
^ Jason Falconer. "Los saltos entrecortados en dos partes podrían reducir el consumo de energía de los robots saltadores". 2012.
^ Byron Spice. "BowGo! Investigadores de robótica de la CMU desarrollan un palo saltarín que apunta alto". 2001.
^ Liv. "Un robot saltador explosivo salta obstáculos de 25 pies" Archivado el 6 de agosto de 2011 en Wayback Machine 2009
^ Subbaraman, Nidhi. 2013. "'Hero' Humanoid Valkyrie Is NASA's Newest Biped Robot". Archivado el 22 de marzo de 2018 en Wayback Machine . NBC News. 11 de diciembre.
^ "BigDog: el robot todoterreno más avanzado del planeta". Boston Dynamics. Archivado desde el original el 18 de mayo de 2017. Consultado el 7 de junio de 2017 .
^ "ANYbotics | Robots autónomos con patas para inspección industrial". ANYbotics .
^ "Pupper — Robótica estudiantil de Stanford". Robótica estudiantil de Stanford .
^ "Iniciativa de robots dinámicos abiertos". open-dynamic-robot-initiative.github.io .
^ Grimminger, F., Meduri, A., Khadiv, M., Viereck, J., Wüthrich, M., Naveau, M., Berenz, V., Heim, S., Widmaier, F., Flayols, T. , Fiene, J., Badri-Spröwitz, A. y Righetti, L. (2020). Una arquitectura de robot modular abierta con control de par para la investigación de la locomoción con las piernas. Cartas de robótica y automatización del IEEE, 5(2), 3650–3657. https://doi.org/10.1109/LRA.2020.2976639
^ "Robot Bobcat". Robot Bobcat, Laboratorio de Biorrobótica EPFL .
^ Khoramshahi, M., Spröwitz, A., Tuleu, A., Ahmadabadi, MN, & Ijspeert, A. (2013). Beneficios de una locomoción de saltos con apoyo de la columna vertebral activa con un robot cuadrúpedo pequeño y flexible. Actas de la Conferencia internacional IEEE de 2013 sobre robótica y automatización, 3329-3334. https://doi.org/10.1109/ICRA.2013.6631041
^ "Cheetah-Cub: un robot cuadrúpedo obediente". Cheetah-cub, Laboratorio de Biorrobótica EPFL .
^ Spröwitz, A., Tuleu, A., Vespignani, M., Ajallooeian, M., Badri, E., & Ijspeert, A. (2013). Hacia una marcha de trote dinámica: diseño, control y experimentos con Cheetah-cub, un robot cuadrúpedo dócil. Revista internacional de investigación en robótica, 32(8), 932–950. https://doi.org/10.1177/0278364913489205
^ Spröwitz, AT, Tuleu, A., Ajallooeian, M., Vespignani, M., Möckel, R., Eckert, P., D'Haene, M., Degrave, J., Nordmann, A., Schrauwen, B ., Steil, J. e Ijspeert, AJ (2018). Robot Oncilla: un robot de investigación cuadrúpedo versátil de código abierto con patas de pantógrafo compatibles. Fronteras en robótica e inteligencia artificial, 5. https://doi.org/10.3389/frobt.2018.00067
^ "Robot cuadrúpedo Morti". Grupo de Locomoción Dinámica, Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes .
^ Ruppert, F. y Badri-Spröwitz, A. (2022). Aprendizaje de la correspondencia plástica de la dinámica de robots en generadores de patrones centrales de bucle cerrado. Nature Machine Intelligence, 4(7), 652–660. https://doi.org/10.1038/s42256-022-00505-4
^ MAB Robotics. "Sitio web de la empresa MAB Robotics".
^ xTerra Robotics. "xTerra Robotics India".
^ Brooks, R. (1989). Un robot que camina: comportamientos emergentes de una red cuidadosamente evolucionada. Neural Computation 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). «Las arañas robot gigantes pronto nos dominarán a todos». Nerdist . Archivado desde el original el 15 de febrero de 2017. Consultado el 7 de junio de 2017 .
^ Ackerman, Erico Guizzo y Evan (27 de febrero de 2017). "Boston Dynamics presenta oficialmente su robot con patas y ruedas: "Lo mejor de ambos mundos"". IEEE Spectrum: noticias sobre tecnología, ingeniería y ciencia . Consultado el 7 de junio de 2017 .
