Los robots con patas son un tipo de robot móvil que utiliza extremidades articuladas, como mecanismos de 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 suelen imitar 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 para caminar , están diseñados para la locomoción en terrenos accidentados y requieren el control de actuadores de piernas para mantener el equilibrio, sensores para determinar la colocación de los pies y algoritmos de planificación para determinar la dirección y velocidad del movimiento. [3] [4] El contacto periódico de las piernas del robot con el suelo se llama marcha del caminante.
Para mantener la locomoción, el centro de gravedad del andador debe estar apoyado estática o dinámicamente. El soporte estático se proporciona asegurando que el centro de gravedad esté dentro del patrón de soporte formado por las patas en contacto con el suelo. El soporte dinámico se proporciona manteniendo la trayectoria del centro de gravedad ubicada de manera que pueda ser reposicionado por fuerzas de una o más de sus patas. [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 menos patas se prestan a una mayor maniobrabilidad.
con una sola pierna
Los robots con una sola pierna o saltadores utilizan un movimiento de salto para navegar. En la década de 1980, la Universidad Carnegie Mellon desarrolló un robot con una sola pierna para estudiar el equilibrio. [6] SALTO de Berkeley es otro ejemplo. [7] [8] [9] [10]
Los robots bípedos o de dos patas exhiben movimiento bípedo . Como tales, 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 de adelante 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 controlar el movimiento y caminar. La complejidad de estas tareas se presta al aprendizaje automático . [2]
El movimiento bípedo simple se puede aproximar mediante un polígono rodante donde la longitud de cada lado coincide con la de un solo paso. A medida que la longitud del paso se acorta, el número de lados aumenta y el movimiento se acerca al de un círculo. Esto conecta el movimiento bípedo con el movimiento sobre ruedas como límite de la longitud de la zancada. [2]
Se estaba desarrollando el robot cuadrúpedo "BigDog" como una mula que podía atravesar terrenos difíciles.
Los robots cuadrúpedos o de cuatro patas exhiben movimiento cuadrúpedo . Se benefician de una mayor estabilidad que los robots bípedos, especialmente durante el movimiento. A velocidades lentas, un robot cuadrúpedo puede mover sólo 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 los años 1980 por el Laboratorio Hirose-Yoneda. [1]
El BigDog dinámicamente estable , desarrollado en 2005 por Boston Dynamics, el Jet Propulsion Laboratory de la NASA y la Estación Concord Field de la Universidad de Harvard. [12]
El nuevo mini robot Cheetah que voltea hacia atrás del MIT
Aliengo [14] de Unitree Robotics
Cachorro de Stanford [15]
Los robots Open Dynamic Robot Initiative con 8DOF y 12DOF [16] [17]
Botcat-robot con columna móvil [18] [19]
Robot Cheetah-Cub del Laboratorio de Biorobótica [20] [21]
Robot Oncilla del Laboratorio de Biorobótica (código abierto) [22] [23]
Robot Morti del Dynamic Locomotion Group [24] [25]
Tejón de miel de MAB Robotics [26]
de seis patas
Los robots de seis patas, o hexápodos , están motivados por el deseo de una estabilidad aún mayor que los robots bípedos o cuadrúpedos. Sus diseños finales a menudo imitan la mecánica de los insectos y sus andares pueden clasificarse de manera similar. Éstas incluyen:
Marcha ondulada: la marcha más lenta, en la que pares de piernas se mueven en una "ola" de atrás hacia adelante.
Marcha en trípode: un paso ligeramente más rápido, en el que se mueven tres piernas a la vez. Las tres patas restantes proporcionan un trípode estable para el robot. [1]
Los robots de seis patas incluyen:
Odex, un hexápodo de 375 libras desarrollado por Odetics en los años 1980. Odex se distinguió por sus ordenadores de a bordo, que controlaban cada tramo. [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] [27]
Los robots de ocho patas están inspirados en arañas y otros arácnidos, así como en algunos caminantes submarinos. Ofrecen, con diferencia, la mayor estabilidad, lo que permitió algunos éxitos iniciales con robots con patas. [1]
El T8X, un robot disponible comercialmente diseñado para emular la apariencia y los movimientos de una araña. [28]
Híbridos
Algunos robots utilizan una combinación de patas y ruedas. Esto otorga a una máquina la velocidad y la eficiencia energética de la locomoción sobre ruedas, así como la movilidad de la navegación con piernas. Handle de Boston Dynamics , un robot bípedo con ruedas en ambas piernas, es un ejemplo. [29]
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