Мой город:
8 (812) 309 36 18
Каталог товаров
Корзина

В корзине 0 товаров

Самоорганизующийся мультикоптер

демонстрирует возможности сетевого управления

Объединённая группа роботов поднимается над землёй и парит в воздухе. Каждый робот-модуль использует инерциальный датчик для определения угла крена и тангажа

Исследователи Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) продемонстрировали удивительную способность небольших роботов самостоятельно объединяться в группу и подниматься в воздух в виде многороторного вертолёта. Максимилиан Кригледер и Раймонд Оунг работали совместно с профессором Рафаэлло Д'Андреа в его исследовательской лаборатории над созданием небольших шестисторонних модулей, которые собираются в единый летающий дрон. Истинным достижением этого проекта является то, что на сегодняшний день нет ни одного подобного управляемого робота, где каждая единица самостоятельно решает, какие действия ей следует предпринять, чтобы сохранить всю группу в воздухе. Представленную платформу назвали Distributed Flight Array.

Как это работает

Процесс начинается с произвольного количества роботов на земле. Каждый робот имеет три ненаправленных колеса, которые позволяют ему вращаться и двигаться в любом направлении. Роботы запрограммированы на поиск общей точки, например, ярко освещенное место. Как только роботы сближаются друг с другом, один робот начинает вращаться вокруг своей оси, в то время как другие двигаются вокруг него в пируэте. Контактные рёбра на внешней стороне робота отвечают за физическое соединение, в то время как инфракрасное излучение осуществляет передачу данных между модулями.

После того, как все модули пристыкуются, запускается калибровка датчиков, а затем вся группа начинает раскручивать винты и взмывает в небо. Для стабилизации крутящего момента, винты одной части роботов вращаются по часовой стрелке, а у других против часовой стрелки.

Когда объединённая группа роботов поднимается над землёй и парит в воздухе, для определения угла крена и наклона, каждым роботом используется инерциальный датчик. Точно такими же датчиками для определения наклона оснащаются iPhone или iPad. Каждый модуль самостоятельно определяет, как ему скорректировать тангаж (поворот лопасти вперёд или назад) и угол крена (по крену — влево или вправо), делая небольшие изменения в скорости вращения винта. Инфракрасный канал обмена данными помогает роботам определить направление и положение по оси.

Как только сцепка летающих роботов достигает заранее заданной высоты, которая определяется специальным датчиком высотомером, они разъединяются, и каждый робот уже самостоятельно снижается до земли. По отдельности роботы не способны совершать самостоятельные полёты из-за вращающей силы их единственного винта. После возвращения на землю, весь процесс объединения начинается снова — один робот образовывает вокруг себя группу случайной формы.

Главной целью этой работы в рамках исследовательского проекта являлось решение проблем управления полётом пропеллерных блоков произвольной формы. Это не только стандартные формы, как, например, кольцо или крест, которые могут летать, но и совершенно произвольные формы, составленные из любого количества единиц.

Это второй образец мультикоптера, созданный командой разработчиков. В первой варианте для соединения блоков применялись магниты и небольшие электрические контакты для обмена данными. Второй образец имеет более надежную механическую лепестковую защёлку и ИК порты. Каркасы обоих роботов были изготовлены на 3D-принтере, позволяющем делать пластиковые конструкции непосредственно из чертежей САПР.

Распределённое управление

Профессор Д'Андреа имеет в своём впечатляющем резюме несколько подобных новаторских проектов. Он является одним из основателей проекта Kiva Robotics, распределяющих мобильных роботов для повышения эффективности складской логистики интернет-магазина Amazon.com. Маленькие роботы выходит на склад, находят нужные товары на полках, берут эту полку вместе с товаром на ней и доставляют их комплектовщикам заказа. Затем они возвращают эти полки обратно на склад. Для повышения эффективности и скорости работы, популярные и часто покупаемые позиции помещаются ближе к упаковочной зоне.

Ярким примером распределённого управления является красивый самобалансирующийся куб. Каждый сегмент структуры этого куба имеет свою независимую систему контроля центра тяжести. Группа может также быть собрана в произвольной форме и будет балансировать себя на одной точке.

Другим увлекательным изобретением является механизм «слепой жонглёр» (Blind Juggler). Изобретение представляет из себя саморегулирующийся механизм с самоконтролем, который набивает маленький шарик как ракетка для настольного тенниса. Работает это всё без каких-либо датчиков обратной связи. Благодаря деликатной механике, слепой жонглёр автоматически корректирует движение шарика для уменьшения ошибок и удержания шарика в воздухе. Это является поистине изящным решением проблемы без использования компьютеров или робототехники.

Природа, а именно инстинкты колонии, послужили главным источником идеи исследования этой области. Муравьи и пчёлы, ведомые своими инстинктами, формируют очень продуктивную группу при отсутствии главного лидера или какой-либо иной формы власти. Каждая рабочая пчела или муравей солдат имеют своё собственное программирование от природы и эволюции, и каждый из них умудряется выполнять небольшие задачи, которые, на самом деле, вносят большой вклад для жизни целой группы: строят жилище, ищут пищу, занимаются ремонтом после нанесённого урона штормом или хищником.

Если применить биомимикрическую идею роя при разработке роботов, можно было бы в значительной мере расширить диапазон их применения. Рои роботов можно было бы использованы для изучения других планет или поиска пропавшего человека на большой территории. Если потребуется большая грузоподъёмность, можно объединить группы роботов в одну большую летающую платформу, а по завершении работы снова разделить на небольшие группы, которые могут охватывать большую площадь. Преимуществом распределенного управления в этих сценариях является то, что отсутствует центральный блок управления, который может провалить задачу из-за сбоя.

Процесс группировки и взлёта роботов продемонстрирован в видеоролике ниже: