Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Высоко устойчивая роботизированная нога скелетное расстройство Нога с ногами - это высоко устойчивая роботизированная нога, разрабатываемая для запуска роботов в Институте робототехники Университета Карнеги-Меллона. Ключевой технологией является пружина из волокна, которая изгибается, как лук, чтобы сохранить эластичную энергию.
Highly resilient robotic leg
the skeletal disorder
The bow leg is a highly resilient robotic leg being developed for running robots at Carnegie Mellon University's Robotics Institute. The key technology is the fiber reinforced composite (FRC) spring that bends like a bow to store elastic energy.
История ноги
Первоначально ноги роботов были разработаны для обеспечения более эффективной транспортировки по неровным местностям, недоступным для обычных колесных или рельсовых транспортных средств. Исследования передвижения с ногами начались в 1878 году, когда в журнале Scientific American была опубликована публикация фотографий с движением млекопитающих. Первый робот, способный "бежать", был создан в 1980 году. Эта область была значительно расширена, когда была создана Лаборатория ног в Университете Карнеги-Меллона, производящая много бегущих роботов. Вскоре после этого МТИ создал свою собственную лабораторию. Основные трудности, лежащие в этих роботах, лежали в балансе, приводе, потребностях в энергии и восприятии окружающей среды. Хотя баланс был широко разработан многими исследователями, второй и третий часто обходят стороной, предоставляя форму пуповиночного кабеля для подачи энергии и позволяя использовать более крупные приводы. Ощущение окружающей среды остается большой проблемой, которая не была решена достаточно эффективно, чтобы попытаться превзойти типичное поведение животных в неровных местностях. Недавно исследователи из Национальной лаборатории Сандии при Министерстве энергетики разработали более совершенные прыгающие роботы, которые используют поршневые системы для прыжков в воздух на высоту до 20 футов. Однако эти роботы не сильно отличаются от ноги в ноге, поскольку они не бегают, а скорее просто прыгают как можно выше.
Legged robots were initially conceptualized to provide more effective transportation across rough terrains unreachable by conventional wheeled or tracked vehicles. Legged locomotion studies began in 1878, when a publication of stop motion photographs of mammals was posted in Scientific American. The first robot capable of actual "running" was created in 1980. The field was greatly enhanced when the Leg Lab at Carnegie Mellon University was established, producing many running robots. This was followed soon by MIT creating their own lab as well. The major difficulties lying in these robots lied in the balance, the actuation, power requirements, and environment sensing. While the balance has been worked on extensively by many researchers, the second and third are often bypassed by providing a form of umbilical cable to supply energy and allow for larger actuators to be used. The environment sensing remains to be a large issue that has not been solved effectively enough to try and outdo typical animal behavior in rough terrains. Recently, more advanced hopping robots have been developed by researchers at the Department of Energy's Sandia National Laboratories, who have used piston systems to make jumps as high as 20 feet in the air. However, these robots do not compare much to the bow leg at the moment as they do not run, but rather just jump as high as possible.
Макияж ноги
Нога носа состоит из изогнутой листовой пружины (обеспечивающей "буковую" часть сборки), ноги на конце пружины, поворота бедра и струны, которая заставляет струну проходить через фазы сжатия. Название ноги происходит от сходства устройства с луком лучников в средневековой культуре. Весна втягивается в устройство, пока оно находится в воздухе, чтобы согнуть ногу и начать накапливать потенциальную энергию. При столкновении с землей шнур отпускается, позволяя луку растянуться на всю длину и превратить накопленную энергию в движение для машины. На бедрах устройства нога свободно вращается, чтобы свести к минимуму крутящий момент нарушения тела. Целью ноги-бука является обеспечение устройства, которое может обеспечить функциональность всей структуры ноги, используя только одну пружину. Это позволяет наиболее эффективно использовать энергию и наименьшие потери энергии. Типичные потери в ноговой системе - это отрицательная работа и ножная сметка. Отрицательная работа происходит, когда приводная установка применяет силу, противоположную ее движению, и случайно поглощает энергию из системы. Это может быть устранено с помощью конструкции, которая полностью избегает артикуляции. Потери на ногах возникают из-за необходимости ускорять ногу, чтобы соответствовать скорости движения земли мимо нее, и она сохраняется на минимальном уровне, используя очень легкую ногу, которая не содержит много инерции, с которой нужно бороться.
The bow leg is made of a curved leaf spring (providing the "bow" portion of the assembly), a foot on the end of the spring, a pivoting hip, and a string that causes the string to go through phases of compression. The name of the leg comes from the device's resemblance to an archer's bow in medieval culture. The spring is retracted into the device while it is in the air in order to bend the leg and begin storing potential energy. Upon collision with the ground, the string releases, allowing the bow to extend to full length and turn the stored energy into motion for the machine. At the hip of the device, the leg pivots freely in order to minimize body disturbance torque. The goal of the bow leg is to provide a device that can provide the functionality of an entire leg structure using only a single spring. This allows for the most efficient use of energy and the least loss of energy. The typical losses in a legged system are negative work and leg sweep. Negative work happens when an actuator applies force opposite from its motion and absorbs energy from the system accidentally. This can be eliminated by a design that avoids articulation altogether. Leg sweep losses come from the need to accelerate the foot to match the speed of the ground moving past it, and it is kept minimal by using a very light leg that does not hold much inertia that needs to be fought against.
Усложнения в местности
Процесс планирования возможности устройства передвигаться очень ограничен доступной информацией о местности. Во многих экспериментах с "коленом" (включая те, о которых идет речь), планировщик предполагает, что он уже знает геометрию и коэффициент трения местности. На практике любой из этих жизненно важных факторов может быть неправильно измерен или угадано, что вызывает много проблем в способности устройства пересекать местность. Однако только небольшие части местности соприкасаются с ногой, поэтому необходимые расчеты сведены к минимуму, и ложные положительные результаты могут быть приняты в определенных сценариях. Проблемы фактически удваиваются, когда необходимо учитывать возможность препятствия над устройством, а также тех, которые оно должно преодолеть ниже.
The process involved in planning the device's ability to move around is very limited by the available information regarding terrain. In many of the "bow leg" experiments that are conducted (including the ones referenced here), the planner is assuming that they already know both the geometry and friction coefficient of the terrain. In actual practice, either of these vital factors can be incorrectly measured or guessed at, causing many issues in the device's ability to traverse the terrain. However, only small parts of the terrain ever come into contact with the foot, therefore the necessary calculations are minimized, and false positives can be accepted in certain scenarios. The issues are effectively doubled when it is necessary to take into consideration the possibility of an obstacle above the device, as well as the ones that it must traverse below.