Capítulo 1 : Locomoção robótica

Existem muitas maneiras diferentes pelas quais os robôs podem se mover de um local para outro, e o termo "locomoção do robô" refere-se a todas essas diferentes estratégias de movimento.

Na maioria das vezes, os robôs com rodas são muito fáceis de gerir e têm um baixo consumo de energia. No entanto, por várias razões, outros modos de locomoção podem ser mais adequados. Por exemplo, ao atravessar terrenos difíceis, bem como ao mover-se e envolver-se em situações humanas, esses outros modos de locomoção podem ser mais adequados. Além disso, a pesquisa de robôs semelhantes a insetos e robôs bípedes pode ter implicações valiosas para o campo da biomecânica.

Um dos principais objetivos nesta área é criar capacidades que permitam aos robôs tomar decisões sobre como, quando e para onde irão mover-se por conta própria. Por outro lado, é um desafio coordenar um grande número de articulações robóticas para tarefas ainda mais simples, como subir escadas. Um dos desafios tecnológicos mais significativos enfrentados por vários subcampos da robótica, como os humanoides (como o Asimo da Honda), é o desenvolvimento da mobilidade de robôs autônomos.

Os robôs ambulantes são uma alternativa para a mobilidade com rodas porque imitam a marcha de humanos ou animais. Não só o movimento de um robô com pernas torna viável navegar em superfícies, degraus e outras áreas irregulares que seriam difíceis de alcançar por um robô com rodas, mas também causa menos danos ao terreno circundante do que os robôs com rodas, o que o corroeria.

A principal inspiração para robôs hexápodes vem da locomoção de insetos, especificamente a barata e o inseto pau. Estes insetos têm uma saída neurológica e sensorial que é mais simples do que a de outros animais. É possível que os robôs transportem mercadorias de forma mais eficaz se tiverem várias pernas, uma vez que isso permite que uma variedade de marchas seja realizada, mesmo que uma das pernas esteja ferida.

Entre os muitos exemplos de robôs de corrida avançados, alguns exemplos incluem ASIMO, BigDog, HUBO 2, RunBot e o Toyota Partner Robot.

Os robôs com rodas são os mais eficientes quando se trata de eficiência energética em superfícies duras e planas graças à sua mobilidade. Uma roda de rolamento ideal, não deformável, que não escorrega, não desperdiça energia, razão desta circunstância. No golpe do calcanhar, os robôs de pernas têm um impacto com o solo, o que faz com que percam energia. Isto contrasta com a situação dos robôs de pernas.

Para simplificar as coisas, a maioria dos robôs móveis são equipados com quatro rodas ou um número de trilhas que são contínuas. Vários investigadores tentaram desenvolver robôs com rodas mais complexos que têm apenas uma ou duas rodas com as suas rodas. Estes podem ter uma série de benefícios, incluindo o aumento da eficiência e uma redução no número de peças do robô, bem como a capacidade de se mover em espaços restritos que um robô de quatro rodas não seria capaz de fazer.

Por exemplo:

Para Boe-Bot, Você, Cosmobot

"Elmer"

Você, Elsie

Você, Enon

UM HERÓI?

IRobot Criar, Inc.

O Roomba da iRobot, A Fera de Johns Hopkins, Walk on the Land, Robô com módulo, Você, Musa

O Omnibot, Para PaPeRo, Você, Phobot

Robô com um pocketdelta, The Talking Trash Can deve ser empurrado.

R.B.X, Este é o Rovio.

Para Seropi, é o robô, Shakey.

Você, Sony Rolly

Para Spykee, "TiLR,"

"Topo"

Tanto a TR Araña como a

Ah, Wakamaru!

Durante a década de 1980, Marc Raibert conduziu pesquisas no MIT Leg Laboratory e construiu uma série de robôs que foram capazes de exibir efetivamente uma caminhada muito dinâmica. Até então, um robô que tinha apenas uma perna e um pé muito pequeno era capaz de manter sua posição vertical simplesmente pulando. Quando comparado com o movimento de uma pessoa em uma vara de pogo, este movimento é idêntico. Quando o robô estava caindo para um lado, ele dava um pequeno salto nessa direção para corrigir sua posição e se pegar. Quase imediatamente, o algoritmo foi estendido para incluir duas e quatro pernas. Para efeitos de demonstração, um robô bípede foi mostrado a correr e até a dar cambalhotas. Além disso, um quadrúpede que era capaz de trotar, correr, andar e delimitar foi exibido.

Por exemplo:

A atividade mecânica coordenada e sequencial que tem a aparência de uma onda itinerante é referida como um ritmo ou onda metacronal. Na natureza, os ciliados usam este tipo de ação para o transporte, e os vermes e artrópodes usam-no para a locomoção.

Há uma série de robôs de cobra que foram construídos com sucesso. A capacidade desses robôs de negociar áreas extremamente limitadas, que é modelada após o movimento de cobras genuínas, significa que eles podem um dia ser usados para procurar indivíduos que estão presos dentro de edifícios que desmoronaram. Com a sua capacidade de atravessar tanto em terra como na água, o robô japonês ACM-R5 é verdadeiramente notável.

Por exemplo:

Robô com ponta de cobra, Roboboa e

O snakebot.

Através do uso da braquiação, os robôs são capazes de se mover balançando, exigindo simplesmente o uso de energia para agarrar e liberar superfícies. Pode-se comparar este movimento com o de um macaco balançando de uma árvore para outra. É possível traçar paralelos entre os dois tipos de braquiação e os movimentos de caminhada bípede (contato contínuo) ou corrida (ricochetal). Quando uma mão ou um mecanismo de preensão está sempre ligado à superfície que está a ser atravessada, isto é conhecido como contacto contínuo. O ricochetal, por outro lado, envolve uma fase de "voo" aéreo de uma superfície ou membro para o seguinte.

Além disso, os robôs podem ser feitos para navegar em uma variedade de diferentes tipos de locomoção. Uma boa ilustração disso é o Reconfigurable Bipedal Snake Robot, que é capaz de deslizar como uma cobra e andar como um robô bípede.

Os cientistas têm procurado respostas na natureza porque querem atingir o seu objetivo de desenvolver robôs capazes de capacidades de locomotivas dinâmicas. Há uma série de robôs que foram desenvolvidos que são capazes de movimento básico em um único modo; No entanto, descobriu-se que estes robôs carecem de várias funcionalidades, o que restringe os seus propósitos e aplicações. Vários domínios, incluindo operações de busca e salvamento, campos de batalha e exploração de paisagens, requerem a utilização de robôs com um alto nível de inteligência. Por conseguinte, é necessário que os robôs deste tipo sejam compactos, leves e rápidos, devendo também ser capazes de viajar numa variedade de modos de locomotiva. Como se vê, vários animais diferentes serviram como fontes de inspiração para a construção de vários robôs diferentes. Estes tipos de animais incluem:

Pteromyini, por vezes conhecidos como esquilos voadores

Ao utilizar suas habilidades de caminhada quadrúpedes com altos graus de liberdade (DoF) pernas, Pteromyini, uma tribo de esquilos voadores, demonstram um notável grau de mobilidade quando estão em terra. Os esquilos voadores são capazes de deslizar no ar utilizando forças de elevação que são geradas pela membrana que está localizada entre suas pernas. É por terem uma membrana extremamente flexível que conseguem mover as pernas sem quaisquer restrições. Quando estão no ar, deslizam com a ajuda de sua membrana altamente elástica e, quando estão correndo no chão, se movem muito levemente. Além disso, Pteromyini são capazes de demonstrar locomoção multimodal por causa da membrana que une as patas dianteiras com as patas traseiras. Esta membrana também contribui para o aumento da sua capacidade de deslizar. Foi demonstrado que as membranas flexíveis têm um coeficiente de elevação maior do que as placas rígidas, e também atrasam o ângulo de ataque em que ocorre a estagnação. Isto foi demonstrado através de experiências de laboratório. Além disso, o esquilo voador tem feixes espessos nas margens de sua membrana, pontas das asas e cauda, o que ajuda a reduzir as flutuações e a perda de energia que não é necessária.

Pteromyini são capazes de melhorar a sua capacidade de deslizar como resultado das diferentes características físicas que possuem.

É possível atingir vários objetivos com a estrutura muscular flexível. Para começar, o plagiopatagium, que é o principal gerador de sustentação para o esquilo voador, é capaz de funcionar bem porque seus músculos são finos e flexíveis. Isto permite-lhe cumprir o seu dever com sucesso. Por poder se contrair e se expandir, o plagiopatágio é capaz de exercer controle sobre a tensão presente na membrana. Como resultado da redução da quantidade de batimento que ocorre na membrana, o controle de tensão pode, em última análise, contribuir para a economia de energia. Assim que o esquilo toca, contrai a sua membrana para evitar que a membrana caia enquanto anda.

Especificamente, o propatagium e o uropatagium são responsáveis por fornecer Pteromyini com elevação adicional. O propatágio do esquilo voador está posicionado entre a cabeça e os membros anteriores, enquanto o uropatágio está situado na cauda e nos membros posteriores. Ambas as estruturas são responsáveis por fornecer ao esquilo voador maior agilidade e aumentar a quantidade de arrasto que ele experimenta ao pousar.

Além disso, o esquilo voador apresenta estruturas musculares espessas que se assemelham a cordas nas margens...