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]
La Iniciativa de Robots Dinámicos Abiertos robots 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]
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