Capitolo 1 : Locomozione robotica
Ci sono molti modi diversi in cui i robot possono spostarsi da un luogo all'altro e il termine "locomozione robotica" si riferisce a tutte queste diverse strategie di movimento.
Nella maggior parte dei casi, i robot su ruote sono molto facili da gestire e hanno un basso consumo energetico. Per una serie di motivi, tuttavia, altri modi di locomozione potrebbero essere più adatti. Ad esempio, mentre si attraversano terreni difficili, così come quando ci si muove e ci si impegna in situazioni umane, queste altre modalità di locomozione potrebbero essere più adatte. Inoltre, la ricerca di robot simili a insetti e robot bipedi può avere preziose implicazioni per il campo della biomeccanica.
Uno degli obiettivi primari in questo settore è quello di creare capacità che consentano ai robot di prendere decisioni su come, quando e dove si muoveranno da soli. D'altra parte, è difficile coordinare un gran numero di giunti robotici per compiti ancora più semplici, come salire le scale. Una delle sfide tecnologiche più significative che devono affrontare diversi sottocampi della robotica, come gli umanoidi (come Asimo di Honda), è lo sviluppo della mobilità robotica autonoma.
I robot che camminano sono un'alternativa alla mobilità su ruote perché imitano l'andatura degli esseri umani o degli animali. Non solo il movimento di un robot con le gambe rende possibile la navigazione su superfici irregolari, gradini e altre aree che sarebbero difficili da raggiungere per un robot su ruote, ma provoca anche meno danni al terreno circostante rispetto ai robot su ruote, che lo eroderebbero.
L'ispirazione principale per i robot esapodi proviene dalla locomozione degli insetti, in particolare lo scarafaggio e l'insetto stecco. Questi insetti hanno un'uscita neurologica e sensoriale più semplice di quella di altri animali. È possibile per i robot trasportare le merci in modo più efficace se hanno più gambe, poiché ciò consente di eseguire una varietà di andature, anche se una delle gambe è ferita.
Tra i tanti esempi di robot da corsa avanzati, alcuni esempi includono ASIMO, BigDog, HUBO 2, RunBot e il Toyota Partner Robot.
Grazie alla loro mobilità, i robot su ruote sono i più efficienti in termini di efficienza energetica su superfici dure e piane. Una ruota di rotolamento ideale, indeformabile e che non scivola non spreca energia, motivo di questa circostanza. Al momento dell'impatto del tallone, i robot con le zampe hanno un impatto con il suolo, che provoca loro una perdita di energia. Questo è in contrasto con la situazione con i robot con le gambe.
Per semplificare le cose, la maggior parte dei robot mobili è dotata di quattro ruote o di un numero di piste continue. Diversi ricercatori hanno tentato di sviluppare robot su ruote più complessi che hanno solo una o due ruote con le loro ruote. Questi possono avere una serie di vantaggi, tra cui una maggiore efficienza e una riduzione del numero di parti del robot, nonché la capacità di muoversi in spazi ristretti che un robot a quattro ruote non sarebbe in grado di fare.
Per esempio:
A Boe-Bot, Tu, Cosmobot
"Elmer,"
Tu, Elsie
Tu, Enon
UN EROE?
IRobot Create, Inc.
Il Roomba di iRobot, La bestia di Johns Hopkins, Walk on the Land, Robot con modulo, Tu, Musa
L'Omnibot, A PaPeRo, Tu, Phobot
Robot con un delta tascabile, il bidone della spazzatura parlante dovrebbe essere spinto.
R.B.X, sono Rovio.
Per Seropi, è il robot, Shakey.
Tu, Sony Rolly
A Spykee, "TiLR",
"Topo,"
Sia TR Araña che
Oh, Wakamaru!
Durante gli anni '80, Marc Raibert ha condotto ricerche presso il MIT Leg Laboratory e ha costruito una serie di robot che sono stati in grado di esibire efficacemente una camminata molto dinamica. Fino a quel momento, un robot che aveva solo una gamba e un piede molto piccolo era in grado di mantenere la sua posizione eretta semplicemente saltellando. Rispetto al movimento di una persona su un pogo stick, questo movimento è identico. Quando il robot cadeva da un lato, faceva un piccolo salto in quella direzione per correggere la sua posizione e riprendersi. Quasi immediatamente, l'algoritmo è stato esteso per includere sia due che quattro gambe. A scopo dimostrativo, è stato mostrato un robot bipede che correva e faceva anche capriole. Inoltre, è stato mostrato un quadrupede in grado di trottare, correre, camminare e saltellare.
Per esempio:
L'attività meccanica coordinata e sequenziale che ha l'aspetto di un'onda viaggiante è indicata come ritmo metacrono o onda. In natura, i ciliati usano questo tipo di azione per il trasporto e i vermi e gli artropodi lo usano per la locomozione.
Ci sono un certo numero di robot serpente che sono stati costruiti con successo. La capacità di questi robot di negoziare aree estremamente limitate, che è modellata sul movimento di veri serpenti, significa che un giorno potrebbero essere utilizzati per cercare individui intrappolati all'interno di edifici crollati. Con la sua capacità di attraversare sia la terra che l'acqua, il robot serpente giapponese ACM-R5 è davvero notevole.
Per esempio:
Robot con un'estremità a serpente, sia Roboboa che
Il serpente-bot.
Attraverso l'uso della brachiazione, i robot sono in grado di muoversi oscillando, richiedendo semplicemente l'uso di energia per afferrare e rilasciare le superfici. Si potrebbe paragonare questo movimento a quello di una scimmia che oscilla da un albero all'altro. È possibile tracciare parallelismi tra i due tipi di brachiazione e i movimenti della camminata bipede (contatto continuo) o della corsa (rimbalzo). Quando una mano o un meccanismo di presa è sempre collegato alla superficie che viene attraversata, si parla di contatto continuo. Il rimbalzo, d'altra parte, comporta una fase di "volo" aereo da una superficie o da un arto all'altro.
Inoltre, i robot possono essere fatti navigare in una varietà di diversi tipi di locomozione. Un buon esempio di ciò è il robot serpente bipede riconfigurabile, che è in grado sia di strisciare come un serpente che di camminare come un robot bipede.
Gli scienziati hanno cercato risposte nella natura perché vogliono raggiungere il loro obiettivo di sviluppare robot in grado di sviluppare capacità locomotive dinamiche. Ci sono un certo numero di robot che sono stati sviluppati che sono in grado di eseguire movimenti di base in un'unica modalità; Tuttavia, è stato scoperto che questi robot mancano di varie funzionalità, il che limita i loro scopi e le loro applicazioni. Un certo numero di settori, tra cui le operazioni di ricerca e salvataggio, i campi di battaglia e l'esplorazione del paesaggio, richiedono l'utilizzo di robot con un alto livello di intelligenza. È quindi necessario che i robot di questo tipo siano compatti, leggeri e veloci e che siano anche in grado di viaggiare in una varietà di modalità di locomotiva. A quanto pare, un certo numero di animali diversi sono serviti come fonti di ispirazione per la costruzione di una serie di robot diversi. Questi tipi di animali includono:
Pteromiini, a volte noti come scoiattoli volanti
Utilizzando le loro capacità di camminata quadrupede con gambe ad alto grado di libertà (DoF), gli Pteromyini, una tribù di scoiattoli volanti, dimostrano un notevole grado di mobilità quando sono sulla terraferma. Gli scoiattoli volanti sono in grado di planare nell'aria utilizzando le forze di portanza generate dalla membrana che si trova tra le loro gambe. È perché hanno una membrana estremamente flessibile che sono in grado di muovere le gambe senza alcuna restrizione. Quando sono in aria, scivolano con l'aiuto della loro membrana altamente elastica e quando corrono a terra, si muovono molto leggermente. Inoltre, gli Pteromyini sono in grado di dimostrare la locomozione multimodale grazie alla membrana che unisce le zampe anteriori con quelle posteriori. Questa membrana contribuisce anche al miglioramento della loro capacità di scivolare. È stato dimostrato che le membrane flessibili hanno un coefficiente di portanza maggiore rispetto alle piastre rigide e ritardano anche l'angolo di attacco al quale si verifica lo stallo. Ciò è stato dimostrato attraverso esperimenti di laboratorio. Inoltre, lo scoiattolo volante ha fasci spessi sui margini della membrana, sulle punte delle ali e sulla coda, che aiutano a ridurre le fluttuazioni e la perdita di energia che non è necessaria.
Gli Pteromyini sono in grado di migliorare la loro capacità di scivolamento grazie alle diverse caratteristiche fisiche che possiedono.
È possibile raggiungere diversi obiettivi con la struttura muscolare flessibile. Per cominciare, il plagiopatagio, che è il principale generatore di portanza per lo scoiattolo volante, è in grado di lavorare bene perché i suoi muscoli sono sottili e flessibili. Questo gli permette di svolgere con successo il proprio dovere. Poiché può contrarsi ed espandersi, il plagiopatagio è in grado di esercitare il controllo sulla tensione presente sulla membrana. Come risultato della riduzione della quantità di sbattimento che si verifica nella membrana, il controllo della tensione può in ultima analisi contribuire al risparmio energetico. Non appena lo scoiattolo tocca terra, contrae la sua membrana per evitare che la membrana si pieghi mentre cammina.
In particolare, il propatagio e l'uropatagio sono responsabili di fornire a Pteromyini un ulteriore sollevamento. Il propatagio dello scoiattolo volante è posizionato tra la testa e gli arti anteriori, mentre l'uromatagio è situato alla coda e agli arti posteriori. Entrambe queste strutture hanno il compito di fornire allo scoiattolo...
